desarrollo de habilidades de pensamiento inferencial
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DESARROLLO DE HABILIDADES DE PENSAMIENTO INFERENCIAL,
MEDIADA POR UNA SECUENCIA DIDÁCTICA RELACIONADA CON EL
PROCESO DE BIODIGESTIÓN.
DAVID ESTEBAN HERNÁNDEZ BARAHONA
Trabajo de grado para optar por el titulo Licenciado en Química
FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
LICENCIATURA EN QUÍMICA
BOGOTA D.C.
2020
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DESARROLLO DE HABILIDADES DE PENSAMIENTO INFERENCIAL,
MEDIADA POR UNA SECUENCIA DIDÁCTICA RELACIONADA CON EL
PROCESO DE BIODIGESTIÓN.
DAVID ESTEBAN HERNANDEZ BARAHONA
Trabajo de grado para optar por el titulo Licenciado en Química
Director: Profesor MSc. DIEGO ALEXANDER BLANCO MARTÍNEZ
FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
LICENCIATURA EN QUÍMICA
BOGOTA D.C.
2020
3
Notas de aceptación
___________________________
___________________________
___________________________
___________________________
_________________________
Firma del jurado
_________________________
Firma del jurado
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AGRADECIMIENTOS Y DEDICATORIA
En un inicio quiero resaltar el apoyo, ánimo y demás actitudes que han tenido
varios de mis seres queridos para lograr culminar esta etapa de estudiante y
finalizar mi titulación como docente en química, brindándome un grano de arena
en cualquier etapa de mi proceso; Con el cariño de mis padres y familiares, los
concejos, regaños y felicitaciones de mis amigos de colegio, del lugar donde
resido y compañeros de carrera, especialmente a Luis Miguel González, Sergio
Alejandro Vega y Juan de Dios Duque por ayudarme en la culminación del
trabajo y generar una fortaleza en la parte sentimental.
Al Profesor Diego Blanco, por su paciencia, colaboración y enseñanzas tanto en
mi proceso de formación como en la culminación de este trabajo, corrigiéndome
y animándome en cada momento necesario.
A la profesora Deisy Baracaldo por su constante preocupación en todo mi
proceso académico, con su buena disposición y colaboración en las dudas que
se me presentaron frente a la carrera.
A la Profesora Dora Luz Gómez por brindarme la colaboración para poder
realizar mi trabajo, además de los conocimientos brindados en los diferentes
espacios académicos.
Finalmente, agradezco a cada uno de los profesores tanto los nombrados como
todos los que ayudaron en mi proceso, ya que me dieron desde un inicio el apoyo
que requería para confirmar el amor a esta hermosa ciencia, y aquellos que me
demostraron la grandeza de ser un docente.
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TABLA DE CONTENIDOS
LISTA DE TABLAS ................................................................................................................... 7
LISTA DE FOTOGRAFÍAS ...................................................................................................... 7
LISTA DE FIGURAS ................................................................................................................. 7
LISTA DE GRÁFICOS .............................................................................................................. 8
LISTA DE ANEXOS .................................................................................................................. 8
INTRODUCCIÓN ....................................................................................................................... 9
1. ANTECEDENTES ............................................................................................................ 10
2. JUSTIFICACIÓN .............................................................................................................. 11
3. MARCO REFERENCIAL ................................................................................................ 13
3.1. Fundamentos ............................................................................................................... 13
3.2. Habilidades de pensamiento ................................................................................... 13
3.3. Pensamiento inferencial ........................................................................................... 14
3.5. Aprendizaje basado en resolución de problemas ............................................. 15
3.6. Taxonomía SOLO ....................................................................................................... 19
3.7. Diseño de un biodigestor ......................................................................................... 19
3.8. Volumen de masa ....................................................................................................... 20
3.9. Temperatura................................................................................................................. 20
3.10. Microorganismos ..................................................................................................... 21
3.11. Relación (C/N) ........................................................................................................... 21
3.12. pH ................................................................................................................................. 21
3.13. Procesos de los microorganismos dentro del biodigestor .......................... 22
3.13.1. Fase I: Hidrólisis .................................................................................................. 22
3.13.2. Fase II: Fermentación o acidogénesis ............................................................. 23
3.13.3. Fase III: Acetogénica .......................................................................................... 24
3.13.4. Fase IV: Metanogénesis .................................................................................... 24
3.14. Biol ............................................................................................................................... 25
4. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ......................................................................... 26
5. OBJETIVOS ...................................................................................................................... 27
5.1. Objetivo general ........................................................................................................ 27
5.2. Objetivo específico ................................................................................................ 27
6. METODOLOGÍA .............................................................................................................. 28
6.1. Enfoque de la investigación .................................................................................... 28
6
6.2. Metodología de la investigación ............................................................................ 29
6.3. Etapas de la investigación ....................................................................................... 30
6.4. Propuesta de secuencia didáctica en la solución de problemas .............. 32
6.4.1. Implementación de pregunta ............................................................................... 32
6.4.2. Formulación de hipótesis ..................................................................................... 33
6.4.3. Cátedras didácticas .............................................................................................. 33
6.4.4. Solución del Problema: ........................................................................................ 34
6.5. Sujetos de estudio ..................................................................................................... 35
7. RESULTADOS ................................................................................................................. 37
7.1. Secuencia de actividades ........................................................................................ 37
7.1.1 Resultados del primer instrumento: Hipótesis ................................................... 37
7.2.2. Resultados del segundo instrumento: Taller buscando el error .................... 42
7.2.3. Resultados del tercer instrumento: Pregunta problema .................................. 47
8. CONCLUSIONES ............................................................................................................ 52
9. RECOMENDACIONES ................................................................................................... 53
10. BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................ 55
ANEXOS .................................................................................................................................... 57
7
LISTA DE TABLAS
Tabla 1 Identificación de pasos en la enseñanza por resolución de problemas.
Elaboración propia. ........................................................................................... 19
Tabla 2 Identificación de elementos de evaluación. Elaboración propia. .......... 36
Tabla 3 Formato de evaluación de la hipótesis. Elaboración propia. ................ 38
Tabla 4 Niveles de evaluación a basado en la taxonomía SOLO para evaluar la
hipótesis. Elaboración propia. ........................................................................... 38
Tabla 5 Tabla de evaluativa en comparación de ABP vs Habilidades
inferenciales. Elaboración propia. ..................................................................... 39
Tabla 6 Formato de resultados de la hipótesis grupo 1. Elaboración propia. ... 39
Tabla 7 Formato de resultados de la hipótesis grupo 2. Elaboración propia. ... 40
Tabla 8 Formato de resultados de la hipótesis grupo 3. Elaboración propia. ... 42
Tabla 9 Formato de evaluación del taller corrección de errores. Elaboración
propia. ............................................................................................................... 43
Tabla 10 Niveles de evaluación a basado en la taxonomía SOLO para evaluar
taller corrección de errores. Elaboración propia................................................ 43
Tabla 11 Tabla de evaluativa en comparación de ABP vs Habilidades
inferenciales. Elaboración propia. ..................................................................... 44
Tabla 12 Formato de resultados del taller individual. Elaboración propia. ........ 45
Tabla 13 Formato de resultados de la solución del problema grupo 1.
Elaboración propia. ........................................................................................... 48
Tabla 14. Formato de resultados de la solución del problema grupo 2.
Elaboración propia ............................................................................................ 48
Tabla 15 Formato de resultados de la solución del problema grupo 3.
Elaboración propia ............................................................................................ 49
LISTA DE FOTOGRAFÍAS
Fotografía 1 Hipótesis realizada por el grupo 1 correspondientes a la sesión
asincrónica 1. .................................................................................................... 40
Fotografía 2 Hipótesis realizada por el grupo 2 correspondientes a la sesión
asincrónica 1. .................................................................................................... 41
Fotografía 3 Taller buscando el error realizado por el estudiante 1
correspondientes a la sesión asincrónica 2. ..................................................... 46
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LISTA DE FIGURAS
Figura 1 Fases dentro del biodigestor. Tomado de: Moreno, (2011). ............... 22
Figura 2 Etapas planteadas para la secuencia didáctica. Elaboración propia. . 35
LISTA DE GRÁFICOS
Gráfico 1 Comparación de niveles según la taxonomía SOLO al inicio y final de
la secuencia didáctica en el grupo 1. Elaboración propia. ................................ 50
Gráfico 2 Comparación de niveles según la taxonomía SOLO al inicio y final de
la secuencia didáctica en el grupo 2. Elaboración propia. ................................ 50
Gráfico 3 Comparación de niveles según la taxonomía SOLO al inicio y final de
la secuencia didáctica en el grupo 3. Elaboración propia. ................................ 51
LISTA DE ANEXOS
Anexo 1 Secuencia didáctica ............................................................................ 57
Anexo 2 Actividades realizadas ........................................................................ 61
Anexo 3 material de apoyo ............................................................................... 74
Anexo 4 Respuestas de las actividades realizada por los grupos y por los
estudiantes ....................................................................................................... 82
Anexo 5 material de trabajo paralelo en la producción de un prototipo de
biodigestor ...................................................................................................... 102
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INTRODUCCIÓN
El presente trabajo nace de la experiencia obtenida en las diferentes clases de
química orgánica, las cuales tradicionalmente se han encargado de abordar las
reacciones de manera memorística; por ello se busca plantear una nueva
metodología basada en la adquisición de habilidades de pensamiento, con el
objetivo de promover un método de aprendizaje diferente.
De acuerdo a lo anterior se toman como base los trabajos de (Barbosa,
Hernandeo, & Fernando, 2018) y (Escalona L. A., 2019) con la idea de fortalecer
las habilidades de pensamiento inferencial ya que estos autores basan su teoría
en el planteamiento de un problema central, el cual se ira solucionando a través
de una secuencia didáctica fundamentada en la resolución de problemas;
adicionalmente se desarrolla la metodología de (Monterrey, 1999), esta consiste
en intervenir únicamente tres (3) veces en el aula, utilizando para ello diversas
presentaciones, tanto para el inicio de la actividad como para el refuerzo de los
temas de química orgánica, las clases se establecen de acuerdo a los momentos
indicados en la secuencia de los siete (7) pasos del aprendizaje basado en
problemas (ABP).
Para el desarrollo de este trabajo se tomó una muestra de estudio compuesta
por estudiantes de Licenciatura en química, los cuales se encuentran culminando
su proceso de graduación, los mismos fueron organizados en grupos de trabajo
conformados por ellos mismos y de acuerdo como se encontraban compuestos
en su clase de énfasis disciplinar II de la Universidad Pedagógica Nacional.
Estos estudiantes se encargaron de estudiar el proceso bioquímico que sucede
dentro de un biodigestor, esto debido a la complejidad del tema y a que la
mayoría los procesos enzimáticos no están establecidos, fomentando así un
problema paralelo y el inicio de los pensamientos inferenciales ocasionados por
los diferentes conceptos de reacciones orgánicas; una vez obtenidos los
argumentos de los estudiantes se realiza un análisis con base a los estudios de
(Escobar, Carrasco, & Salas, 2015) con la finalidad de determinar si los
estudiantes requieren fortalecer el pensamiento crítico ya que esto permite
ampliar las habilidades de inferencia.
Cabe aclarar que los procesos sincrónicos se realizaron vía Skype debido a la
emergencia sanitaria ocasionada por el COVID-19 aun así; se realizaron
actividades de generación de energía a partir de desechos orgánicos además de
brindar refuerzos en nomenclatura orgánica, grupos funcionales y procesos
asincrónicos que fueron vitales en el planteamiento de hipótesis, en el taller de
errores y en la solución de la pregunta problema.
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1. ANTECEDENTES
Este trabajo es encaminado a partir de los resultados obtenidos por las
investigaciones que se muestran a continuación, las cuales hablan directamente
de como potenciar las habilidades de pensamiento inferenciales en un grupo
determinado de estudiantes.
A partir del trabajo desarrollado por (Barbosa, Hernandeo, & Fernando, 2018),
se determinan varios aspectos que fomentan su trabajo de investigación en torno
a la formación del desarrollo del pensamiento inferencial, esto a través de temas
de presión, para ello en primer lugar se debe priorizar un método de aprendizaje
el cual debe comenzar con un problema o estudio de gran peso y que al mismo
tiempo sea un tema de interés para los estudiantes bien sea por el problema que
se lleva a cabo o por la información que los estudiantes pueden adquirir bajo el
estudio que se esté efectuando.
Como segunda medida se busca generar la implementación del problema o
estudio, este debe ser amplio para así evitar respuestas directas o análisis fáciles
de deducir, se busca que esté basado en estudios o vivencias a fin de realizar
comparaciones, lo cual disminuirá en gran medida la dispersión de los
estudiantes ya que se enfocarán en un tema de interés, permitiendo así el gusto
de adquirir nueva información.
Para concluir, el principal aspecto a resaltar de su investigación es el enfoque
con respecto a ¿cómo llevar el problema? o el estudio pertinente, el cual debe ir
en torno a un trabajo que tenga diferentes procesos, ya sea en ciclos o en forma
lineal para que así mismo se pueda profundizar en el conocimiento de cada
punto.
El siguiente trabajo que se tiene en cuenta es el realizado por (Escalona L. A.,
2019) que se enfoca en la estimulación del pensamiento creativo en profesores
y estudiantes, debido a que se centra en resolver un problema principal mediante
varios caminos para dar una respuesta, es decir, que el estudiante busca una
posible solución a través de la capacidad de su mente para buscar soluciones,
tomando como base los temas, conceptos o estudios aprendidos, aumentando
así su creatividad.
Con este trabajo se busca fortalecer las habilidades de pensamiento inferencial
a partir de talleres metodológicos aquellos que tienen como finalidad el desarrollo
de un pensamiento crítico, utilizando para ello la sustentación de los argumentos
planteados. Es importante destacar que el taller debe explotar las habilidades
críticas y el desarrollo cognitivo del estudiante por lo que se deben observar los
errores de forma analítica, en otras palabras, una vez encontrado el error se debe
dar una explicación argumentativa a partir del conocimiento previo.
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2. JUSTIFICACIÓN
A partir de los resultados de la investigación con base al desarrollo de las
habilidades del pensamiento inferencial, se plantea que adquirir diferentes
habilidades de pensamiento permite una mejor compresión de los conocimientos
relacionados en el área de las ciencias naturales, por lo cual es necesario
fortalecerlas a partir de diferentes métodos de enseñanza, es decir, un método
diferente a la enseñanza tradicional dado que esta no explota la capacidad
cognitiva al máximo debido a que en la mayoría de ocasiones se vuelve solo la
repetición de un dialogo mal entendido (Barriga & Hernandez, 1999).
De esta manera el siguiente trabajo se basa en fortalecer y potencializar las
habilidades de pensamiento inferencial, tomando en cuenta los resultados de los
autores ya mencionados para que de esta manera se mejoren las habilidades de
pensamiento inferencial en los estudiantes, un factor que les permitirá analizar
y comprender de manera propia los diferentes fenómenos que las ciencias
abarcan (Barbos F., Cruz L. & guerra H., 2018), de esta forma los estudiantes no
aprenderán todas las reacciones de forma memorística, sino a partir de
similitudes o comparaciones con otros temas que los llevaran a determinar la
respuesta correspondiente, mediante la implementación de una secuencia
didáctica que busca potenciar la parte cognitiva de la persona.
Es necesario establecer un proceso enseñanza-aprendizaje que no llene de
información al estudiante, si no que logre emplear la parte cognitiva a las
soluciones de un problema planteado, para que de esta forma se identifique que
habilidades de pensamiento tiene el estudiante, dado que estas forman redes de
conocimiento entre un problema suministrado y los conocimientos que maneja el
estudiante, hechos que le permitirán comprender los fenómenos estudiados y
dar una respuesta clara y bien argumentada (Barbos F., Cruz L. & guerra H.,
2018).
Por otra parte, para lograr habilidades de pensamiento inferencial se debe
generar el pensamiento crítico dentro de los estudiantes (Escalona L. A., 2019)
a través de un problema planteado, el cual debe generar varias dudas
ocasionadas por la complejidad del tema que se llegue a manejar, la mejor
implementación para ello es realizar una secuencia didáctica bajo el enfoque de
resolución de problemas, planteando para ello un problema central que sea de
interés para los estudiantes o que les aumente los conocimientos en el área que
se está estudiando, utilizando para ello la implementación de los diversos talleres
que plantea esta metodología.
Para finalizar, el presente documento también se encuentra enfocado en
potenciar las habilidades de los profesores, en especial a aquellos que dictan
cátedras en el área de ciencias naturales, esto debido a la extensión de
fenómenos que estudia esta ciencia, lo cual hace que el estudiante se plantee
diversas dudas con respecto a ¿Cómo funcionan estos fenómenos? Es por ello
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que a raíz de las diferentes cantidades de fenómenos que existen, son los
docentes quienes tienen la responsabilidad de enseñar a pensar a sus
estudiantes, de allí la importancia de que los docentes aprendan a manejar
diferentes habilidades de pensamiento, las cuales al hacer combinadas con las
habilidades que ya poseen generaran un material que proporcione un reto o una
complicación a sus estudiantes dando así la apertura al pensamiento inferencial
de los estudiantes.(Ramirez, 2014).
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3. MARCO REFERENCIAL
En el siguiente marco referencial se observan las variables que fueron tomadas
en cuenta para realizar el trabajo de investigación, iniciando con las habilidades
de pensamiento seguido del modelo de enseñanza seleccionado para
finalmente; mencionar el contexto disciplinar al cual es aplicado.
3.1. Fundamentos
Existen capacidades que todas las personas tienen al analizar diferentes
procesos con diversas habilidades, las cuales son obtenidas al paso de
diferentes experiencias que se obtienen en el pasar los años, dependiendo de
los contextos las habilidades pueden ser generadas por: empatía,
autodescubrimiento, comunicación asertiva, toma de decisiones, pensamiento
creativo, entre otras (Nieto & Grau), por consiguiente existen experiencias que
promueven el desarrollo de habilidades dependiendo de cómo sean enfrentadas,
de forma que el planteamiento de un problema y la satisfacción de ser resuelto,
causa la capacidad de generar una nueva habilidad o mejorarla (Escalona,
2010), para potenciar dichas habilidades adquiridas o por adquirir, se busca
reforzarlas con estímulos positivos donde el estudiante demuestre manejo de los
conocimientos que posee(García, 2001)
3.2. Habilidades de pensamiento
El pensamiento es definido por la real academia española como el conjunto de
ideas propias que tiene una persona, donde es necesario tener en cuenta la
formación de actividades mentales que someten a juicios cuando es necesario
tomar una elección, esto se genera a partir de procesos como la observación,
percepción o memoria, en el cual adquiriendo imágenes, sonidos o cualquier tipo
de datos que le solucionen dudas a un problema planteado y de esta manera
poder tomar una decisión (General, 2018).
Para obtener diferentes habilidades de pensamiento es necesario realizar la
integración del pensamiento significativo, ocasionando una organización y
reelaboración del conocimiento, lo que genera que el estudiante sea autónomo
y consiente de su propio intelecto con las limitaciones que puede poseer en ese
momento, de esta forma las habilidades de pensamiento llevan tanto a la
orientación como al razonamiento individual, en el cual logra enlaza diferentes
conocimientos para llegar a una solución, de esta manera el estudiante obtendrá
la capacidad de solucionar más fácil un problema planteado, teniendo en cuenta
que a medida que se interactúa con el entorno indirectamente reorganiza y
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elabora nuevos conocimientos, y a su vez puede modificar sus esquemas
mentales al tener contacto directo con el ambiente pensando de manera crítica,
para tomar una decisión que genera un pensamiento creativo solucionando a un
problema observado (Ramirez, 2014).
Las habilidades de pensamiento pueden ser divididas en tres (3): en primeras
instancias están las literales, en las cuales se pueden desarrollar la percepción,
donde solo con un vistazo se vuelve evidente el desarrollo; observación, sirven
para la toma de datos específicos; discriminación, este mira el todo en un sistema
teniendo la claridad de que sucede en cada paso; identificación, que promueve
las asignaciones de palabras o símbolos reteniendo la información específica en
cada uno. Las segundas son denominadas las críticas que se desenvuelven en:
juicio, crítica y opinión, aquí la mente guarda los datos para luego ver cómo
funciona en un ambiente real; evaluación, que emiten cambios conceptuales a
medida que se encuentran nuevos conceptos; metacognitivos, ayuda a la
autocrítica de sus procesos mentales. Por último, se tienen las habilidades de
pensamiento inferencial, inferencia, donde se desarrollan nuevas informaciones
a partir de las ya adquiridas; comparación, determina similitudes o diferencias
entre objetos; descripción, describe las características de un fenómeno;
finalmente la explicación, siendo la capacidad de transmitir información por un
lenguaje (Fuentes, 2019)
3.3. Pensamiento inferencial
El pensamiento inferencial se forma a partir de conocimientos previos que tiene
ya definidos y formados un sujeto, el cual ya puede manejar, describir y explicar
de diferentes maneras, por lo tanto, el sujeto es capaz de interpretar una solución
a un problema planteado a partir de dicha información que ya maneja realizando
una comparación crítica, de esta forma se genera un crecimiento tanto de
conocimientos nuevos como antiguos, lo que puede dar como resultado que un
estudiante sea autosuficiente y curioso (Calvo, Guerra, & Cardenas, 2018); así
mismo los docentes se encuentran con muchas curiosidades de diferentes
alumnos, siendo en la rama de la química más frecuente; dado que esta
representa cambios constantes que se denotan día a día, por lo cual un docente
en formación que de cátedras en esta rama de la ciencias está expuesto a
preguntas de la vida cotidiana que en ocasiones no habrá abordado, por lo tanto
debe obtener estas habilidades de pensamiento para dar una respuesta clara a
su estudiante, a partir de los conocimientos adquiridos durante su formación
universitaria.
A partir del pensamiento inferencial se puede dar una imagen o idea previa de
cómo abordar un problema u obtener información, el cerebro realiza un esquema
mental generado por cada sujeto, el cual dependiendo su complejidad puede
denominarse entre:
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Global o coherente
Se organiza la información en grandes unidades o temáticas, comparando la
nueva información suministrada con la de nuestra memoria, de esta manera se
elaboran una posible solución general coherente a partir de las similitudes que
se tienen (Calvo, Guerra, & Cardenas, 2018).
Locales o cohesiva
Se realiza durante la lectura de un texto, dando un seguimiento coherente ya
establecido por la lectura realizando un aprendizaje constructivista a partir de lo
comprendido anteriormente con la lectura previa (Calvo, Guerra, & Cardenas,
2018).
Posterior
Se da a partir de la comprensión de un fenómeno o lectura, donde el estudiante
analiza el contexto de lo que se realizó para llegar a la finalidad del fenómeno
que se está estudiando (Calvo, Guerra, & Cardenas, 2018).
3.5. Aprendizaje basado en resolución de problemas
El aprendizaje basado en la resolución de problemas se basa en plantear un
problema central en el cual los estudiantes tienen ciertos concepto, pero no todos
los que necesita para solucionarlo, lo que produce una indagación de diferentes
conocimientos tanto internos como externos para formular la respuesta correcta,
de esta forma se busca una metodología que tenga una característica adicional
de trabajo en equipo, donde se busca la cooperación mutua para el desarrollo
del ejercicio, en este aspecto el docente es más un guía, que plantea retos con
conocimientos previos, que se pueden utilizar para la resolución del problema,
de esta forma se mejoran diferente habilidades y las capacidades de indagación
y comunicación, para una realización correcta de un ABP se debe planear,
organizar y formular los objetivos finales (Fallas & García, 2001).
Según Claperade la eficiencia que tiene el aprendizaje por resolución de
problemas son dos, las cuales determino como inteligencia práctica, aquí el
sujeto tiene la necesidad de resolver un problema lo que le conlleva a la
comprobación de propias hipótesis, para reducirlas a constantes de
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conocimiento, produciendo fracasos o éxitos, después o durante el proceso entra
la inteligencia reflexiva reflejándose como problema, cuestionando las hipótesis
aprobadas o no aprobadas que cumplan con los parámetros suficientes para dar
respuestas a diferentes hechos, mientras Piaget lo denomina como ley lógica de
necesidad, en la cual el sujeto aprende los conceptos necesarios para la solución
del problema y deja a lado otros que no son necesarios, así plantea que se
realiza en tres fases, esquema anticipado de la pregunta con la que se alcanzan
todos los objetivos, abarcando temas con sus actividades pertinentes generando
los conocimientos faltantes, organizar los temas para el desarrollo ordenado de
pensamiento (Fallas & García, 2001)
La eficiencia de un buen desarrollo de la metodología por resolución de
problemas se da a partir que los alumnos sean activos, independientes y con la
orientación a su finalidad, de esta forma se busca un desarrollo de actividades
que abran paso a nuevos conocimientos y no solo recurran a la memoria,
además de generar un ambiente adecuado para que los grupos participen de
manera activa, en la cual dará mayor cantidad de soluciones colectivas, estimular
positivamente en la solución de cada paso que realizan, debe existir la guía
adecuada del docente en la que ayuda a la identificación del problema, hipótesis,
búsqueda de información, motivación constante al solucionar un problema
estimulando el trabajo en equipo, promover constantemente los conocimientos
no solo con el docente guía principal si no con otros medios de consulta.
(Monterrey, 1999)
El diseño de la pregunta problema debe ser de interés colectivo en los
estudiantes, para una mayor interacción colectiva, de esta manera los alumnos
deben tomar decisiones, referenciando ejemplos reales de lo que se rodean,
para que de esta forma justifiquen sus respuestas, por consiguiente, los
estudiantes se verán obligados a retroalimentar algunos conocimientos y generar
nuevos, que les den una base coherente para la solución del problema,
promoviendo un trabajo de equipo, en este sentido debe realizarse una pregunta
abierta, que contextualice un marco previo de conocimientos y temas de
controversia, para mantener un pensamiento crítico profundo para encontrar la
real solución al problema, por ultimo y lo más importante el problema debe
desarrollar todos los objetivos del curso (Monterrey, 1999)
Una vez implementada la pregunta los estudiantes deben analizar el escenario
del problema, para iniciar a planear un inicio del proceso de la solución,
identificando los objetivos de aprendizaje que se van a tratar en la metodología,
luego identifican los conocimientos de cada miembro del grupo que den mayor
aporte para juntarlos e identificar como llegar a la posible solución, en la cual se
analiza que conocimientos se tienen, cuales no y cuáles deben ser ampliados,
planteado un esquema con hipótesis que puede dar la posible solución o la
obtención de los conocimientos faltantes para proseguir con otros pasos,
posteriormente el equipo iniciará con la retroalimentación, indagación de nueva
información y evaluación de la información para clasificar coherentemente, que
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los lleva más cerca a la solución del problema, esta parte da un resultado positivo
en el orden en que se obtienen los datos con reportes claros y precisos, para
tener una retroalimentación coherente en caso de necesitar un conocimiento
anterior para una solución futura, se adquiere finalmente un trabajo colectivo en
equipo con aportes, motivaciones y metas en común, generando nuevas
participaciones activas (Monterrey, 1999)
De esta manera se identifican siete (7) pasos para el desarrollo del proceso de
enseñanza- aprendizaje por resolución de problemas ABP en donde los dos
primeros son realizados por el docente al inicio de la creación de las
herramientas, los siguientes dos pasos son los procesos que realizaran los
estudiantes junto con el docente para el fortalecimiento de los nuevos
conocimientos, finalmente los últimos tres (3) pasos dan cabida a la obtención
de la respuesta a partir de las conclusiones realizadas por el grupo de
estudiantes (Monterrey, 1999):
Paso 1: Clarificación del concepto
En este paso el docente piensa el problema o la pregunta problema que
proporcionara al grupo de estudiantes, analizando la extensión del problema y
dando coherencia dentro del tema al cual va el estudio, donde cubre todos los
objetivos de aprendizaje correspondientes.
Paso 2: Definición del problema
El docente establece las reglas del trabajo para que los estudiantes no se
desvíen por otros temas, donde el docente registre la planeación de que
conocimientos tienen los estudiantes y cuales debe suministrar para que ellos
lleguen a la solución del problema.
Paso 3: Lluvia de ideas
En este momento se ha suministrado la pregunta problema a los estudiantes,
para que inicien un proceso de ideas previas estableciendo que conocimientos
ya tienen que puedan ser utilizados para la solución del problema suministrado,
o por si lo contrario se deben rechazar.
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Paso 4: Inventario sistemático
A partir de la lluvia de ideas se inicia la parte de toma de conciencia de los
estudiantes a cerca de los conocimientos que se tiene y lo que hacen falta, por
lo que el docente inicia un refuerzo de los temas ya establecidos en el paso 2.
Paso 5: Proceso de aprendizaje
En este paso inicia la construcción de conocimiento, en la cual toman los nuevos
conocimientos y escogen minuciosamente cuales son los necesarios para
realizar la solución al problema a solucionar.
Paso 6: Auto estudio
Tomando la información seleccionada, los estudiantes le dan una secuencia
coherente para dar solución al problema, analizando si se necesitan más pasos
o deben suministrar más pasos que no contemplaban.
Paso 7: Reporte y síntesis
Finalmente se redacta el paso a paso de cómo llegaron a la solución, mostrando
manejo de la nueva información suministrada utilizada adecuadamente en el
proceso planteado.
En la tabla número 1 se muestra los pasos de la metodología por resolución de
problema con sus respectivas finalidades, en la cual se muestra cada paso en la
primera columna y en qué momento se debe adecuar para dar continuación al
siguiente paso, además se observa en la siguiente columna los reconocimientos
que deben ser abordados para que de esta manera se logra una fluidez en el
trabajo sin contratiempos.
Dividiendo los siete (7) pasos en tres (3) globales, el primer paso global abarca
a los dos (2) primeros pasos, en los cuales se enfocan los parámetros que debe
realizar el docente para desarrollar la secuencia didáctica, en los siguientes dos
(2) pasos son las sesiones hechas en relación con los estudiantes, finalmente
los últimos tres (3) pasos se identifica los parámetros a identificar lo que deben
cumplir los estudiantes a la finalización del trabajo.
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Tabla 1 Identificación de pasos en la enseñanza por resolución de problemas. Elaboración propia.
Pasos previos a la sesión del trabajo Reconocimientos
Paso 1: Clarificación del concepto
Buscar un tema de interés de los estudiantes
Proporcionar un escenario adecuado para la formulación de hipótesis
Paso 2: Definición del problema
Dar motivación y tiempo para la investigación
No aglomerar a los estudiantes de información
Ser constante y ayudar oportunamente a los grupos
Pasos durante la sesión de trabajo Reconocimientos
Paso 3: Lluvia de ideas Presentar el problema con una explicación
Paso 4: Inventario sistemático Aclarar dudas del proceso y que se solucionara
Suministrar la información clara de los temas a tratas
Pasos a la solución del trabajo Reconocimientos
Paso 5: Proceso de aprendizaje Se identifican los temas manejados
Paso 6: Auto estudio Se da cumplimiento con los objetivos
Paso 7: Reporte y síntesis Se da una respuesta coherente y bien argumentado
3.6. Taxonomía SOLO
Se basa en el análisis y reflexión sobre los resultados observados a partir de un
aprendizaje determinado, el cual mira el nivel cognitivo de progreso que tiene un
estudiante frente al tema a tratar, a la vez que establece en cuál de sus niveles
se encuentra el estudiante inicialmente, para de esta forma analizar un punto de
partida y establecer los parámetros para llegar a la finalidad propuesta.
De esta manera se busca adaptar diferentes niveles respectivos a que grado
cognitivo tienen los estudiantes frente a las habilidades de pensamiento
inferencial y hasta donde logran avanzar, tomándolas en niveles de 1 a 5 en
donde la primera son respuestas que no tienen sentido o que no existen, en la
segunda intenta dar una respuesta la cual no es clara o no logra dar la solución
correspondiente, la tercera dar inicio a una solución coherente pero no logra
finalizar la idea, la cuarta es lograr dar una respuesta coherente además de
establecer relaciones entre las soluciones propuestas, por último la quinta es que
además de resolver el problema va más allá del problema fortaleciéndolo con
elementos externos dando nuevas soluciones.
3.7. Diseño de un biodigestor
Para el diseño de un biodigestor es importante comprender que este se puede
alimentar de diferentes materias orgánicas que cumpla con un ciclo bioquímico,
en donde se puede encontrar la madera, desechos agrícolas, estiércol animal
20
entre otros, de esta manera la biomasa se puede clasificar en dos formas,
naturales y residuales donde las naturales se refiere a lo que se produce en la
naturaleza específicamente como las plantas y hongos, en estos podemos
encontrar; hojas y pétalos de plantas que se caen por sí mismos, matorrales,
hierbazales, plantas muertas, entre otros. Mientras que los residuales se refieren
a las actividades agrícolas, ganaderas y forestales, como el estiércol de
diferentes especies animales. Además, existen plantaciones creadas netamente
para el uso de combustibles, como la caña de azúcar, el maíz, especies de
palmas, siendo estos los más utilizados, los cuales son denominados
plantaciones energéticas siendo estas las variaciones a tener en cuenta en el
diseño del biodigestor (Arboleda & Gonzales, 2009).
3.8. Volumen de masa
Para la alimentación correcta de un biodigestor, se debe tener en cuenta la
cantidad de biomasa que debe ser disuelta antes de ser introducida, en la que
se observaran dos (2) parámetros: uno que no esté altamente diluida para que
los microorganismos que van actuar en ella tengan los nutrientes necesarios
para sus procesos, así mismo que no tenga sólidos suspendidos de gran tamaño
siendo estos menores a 1 cm3, lo cual les permitirá utilizar toda la biomasa a los
microorganismos, actuando sobre la superficie de la biomasa, si los sólidos
llegan a tener un tamaño muy grande los microorganismos no podrán consumir
toda la biomasa por la dificultad de llegar a lo más profundo de dicho sólido, por
lo cual se recomienda un parámetro de 1:1 o 1:2 en la preparación de la biomasa
residual, y de 1:3 a 1:4 para residuo natural (Arboleda & Gonzales, 2009)
3.9. Temperatura
Otros parámetros para determinar antes de iniciar el proceso dentro del
biodigestor son la temperatura y la cantidad de biomasa a utilizar, en la cual una
gran cantidad de masa producirá una mayor cantidad de biogás, al igual que
necesitará una mayor cantidad de tiempo, luego tenemos la variable de la
temperatura que al igual que la biomasa es directamente proporcional, donde a
mayor temperatura más eficiente será el proceso, pero para esta variable es
necesario tener un control, dado que si las temperaturas llegan hacer más altas
de los 900C las bacterias presentes pueden llegar a morir (Carrillo, 2003), por
consecuente llegaría a evitar el proceso de obtención del biogás al exponerse a
temperaturas más elevadas, donde se ha experimentado una mayor eficiencia a
los 700C según (Herrero, 2008)
21
3.10. Microorganismos
La siguiente parte para analizar son los microorganismos que actúan en la
biomasa, centrándonos principalmente en las bacterias metanogénicas, las
cuales se encuentran en el estiércol fresco que consumen, y a través de varios
procesos bioquímicos producen metano (CH4) y otros gases como desecho, para
que esta reacción sea más eficiente en el proceso de obtener metano se debe
realizar en medio anaeróbico con materia altamente biodegradable, para que de
esta forma se logre obtener 0.5 m3 de gas por kg de masa, el cual da como
resultado 70% de metano (Arboleda & Gonzales, 2009), los otros gases
generados son dióxido de carbono, hidrógeno molecular y sulfuro de hidrógeno.
3.11. Relación (C/N)
Cabe resaltar que es necesario tener en cuenta otros tipos de nutrientes, que las
bacterias necesitan para realizar de mejor forma su trabajo, siendo estos
fosfatos, minerales y azufre que se encuentran presenten en pequeñas
cantidades al igual que es poco su uso en los microorganismos, pero si se debe
resaltar es la relación que se tiene carbono nitrógeno (C/N), donde una cantidad
muy alta de nitrógeno en la biomasa no alcanza a ser sintetizada por sus altas
cantidades dando como producto amoniaco (NH3) en exceso, lo cual afectará a
las bacterias metanogénicas desactivándolas o matándolas, al igual si las
cantidades de nitrógeno son muy bajas, se da una disminución en reproducción
de los microorganismos reduciendo el desempeño de la producción del biogás
(Solanov, Vargas, & Watson, 2010), de esta manera se ha determinado que una
selección 10:1 es una relación alta de nitrógeno, por lo anteriormente expuesto
genera el error de producción alta de amoniaco, una relación 40:1 es muy poca
en términos de absorción de nutrientes microbianos, el cual da bajo rendimiento
a la reproducción microbiana y por tanto baja producción de biogás, por lo tanto
se ha definido que los valores más favorecidos se encuentran entre 20:1 y 30:1
(Fregoso, Ferrera-Cerrato, Barra, Santos, & Gómez, 2001)
3.12. pH
También es necesario resaltar que se debe tener un control adecuado en el pH,
dado que este afecta el equilibrio en el sistema anaeróbico, donde las bacterias
metanogénicas trabajan mejor en pH neutros entre 6 a 8 donde su mayor
eficiencia es entre 7 y 7.2 (Arboleda & Gonzales, 2009), pese a que estas
bacterias se pueden adaptar a pH más ácidos esto lograría promover un
aumento de amoniaco dependiendo también de la cantidad de nitrógeno en la
biomasa, y a pH más alcalinos se pueden producir cetonas o aldehídos que no
22
permitan la producción de metano, se recomienda que si el pH es ácido se puede
adicionar carbonatos o bicarbonatos de sodio o potasio para alcalinizar la
biomasa, y en caso de ser un pH más básico se pueden agregar cáscaras de
frutas cítricas como naranja o limón (Rincón & Villarreal, 2016)
3.13. Procesos de los microorganismos dentro del biodigestor
Teniendo los parámetros establecidos de la biomasa correctamente se inicia la
fermentación anaeróbica, que como su nombre lo dice se realiza en ausencia de
oxígeno, en el proceso se efectúa varias reacciones bioquímicas donde
diferentes microorganismos casi simultáneamente inician sus procesos, unos
compuestos en presencia de oxígeno inician reaccionando a partir de enzimas
de algunas bacterias y producen dióxido de carbono, posteriormente se realiza
una reducción para obtener el metano y otros gases como subproductos además
de Biol conocido en su mayoría como biobanco (Moreno, 2011).
Para que el procedimiento se lleve a cabo las bacterias deben pasar por 4 fases
dentro del biodigestor anaeróbicamente como se detallan la figura 1 las cuales
son:
Figura 1 Fases dentro del biodigestor. Tomado de: Moreno, (2011).
3.13.1. Fase I: Hidrólisis
Inicia el proceso en un medio anaeróbico, donde los primeros microorganismos
estrictos y facultativos también conocidos como hidrolíticos, por medio de
enzimas extracelulares llamadas exoenzimas, hidrolizan las macromoléculas
orgánicas presentes en la biomasa tales como: celulosa, proteínas y lípidos
cambiando su composición en azúcares, aminoácidos y grasas para volverlas
23
solubles, de esta manera puedan traspasar la membrana celular (García, Rivas,
& Cruz, 2010).
Las bacterias hidrolíticas no se demoran el mismo tiempo en procesar cada una
de las macromoléculas, esto varía por las propiedades químicas de cada una,
para realizar este proceso toman el oxígeno que está dentro del biodigestor con
el cual realizan oxidaciones débiles rompiendo enlaces covalentes (García,
Rivas, & Cruz, 2010), en las primeras horas fácilmente desdobla la celulosa en
sus azúcares correspondientes, pero las proteínas y lípidos demoran días.
Las proteínas no solo son hidrolizadas, también las usan las bacterias tanto para
realizar sus funciones como para su reproducción, por esto toman las proteínas
para hidrolizar y para obtener energía, la enzima proteolítica llamada proteasas
son las encargadas de hidrolizar las proteínas separándolas en aminoácidos y
péptidos, los péptidos vuelven hacer hidrolizados para solo tener aminoácidos,
algunos siguen el proceso y otros son consumidos por las bacterias (Moreno,
2011)
En el caso de los lípidos, al ser hidrolizados se fraccionan en varias partes su
cadena carbonada, las enzimas que realizan este proceso se llaman lipasas, las
cuales dan como resultados ácidos grasos de cadenas carbonadas y glicerol.
(Moreno, 2011)
Como se informó anteriormente que en esta parte cuenta muchos los cambios
de temperatura, pH, la cantidad y tamaño de materia, siendo el área donde las
enzimas de los microorganismos realizaran la ruptura de diferentes enlaces por
hidrólisis, para la eficiencia de estas primeras reacciones es necesario tener los
sólidos menos posibles o de menor tamaño, por lo cual si se tiene un mal manejo
de dichas variables pueden inactivar o incluso matar a los microorganismos.
(Herrero, 2008)
3.13.2. Fase II: Fermentación o acidogénesis
Ya obtenido las moléculas solubles, las siguientes reacciones que efectúan la
realizan las bacterias facultativas y anaeróbicas obligadas, las cuales también
son llamadas bacterias formadoras de ácidos, dichas bacterias transforman la
materia soluble en ácidos orgánicos entre 1 y 5 carbonos, como lo son: acético,
fórmico, propanoico, butírico y valérico, e incluso se da la formación de hidrógeno
molecular, donde una cantidad elevada determina productos como el acetato o
el propano-ato (García, Rivas, & Cruz, 2010).
También se producen otras moléculas más reducidas como: valérico, propiónico,
láctico entre otros, los cuales serán oxidados en la siguiente fase, esto con el fin
que las bacterias metanogénicas inicien su proceso, además las bacterias
24
formadoras de ácidos eliminan todo el oxígeno restante dentro del biodigestor.
(Moreno, 2011)
Un parámetro que se denota en esta parte del proceso es la disminución del pH
inicial, por la producción de compuestos ácidos, los cuales se forman a la par
con la fase I con reacciones de microorganismos que toman compuestos más
fáciles a descomponer donde no necesitan pasar por una hidrolisis previa, debido
a estas reacciones se producen otros 2 gases: el dióxido de carbono y el sulfuro
de hidrógeno lo que lleva a la consecuencia de tener un pH entre 5.1 y 6.8
(Arboleda & Gonzales, 2009)
3.13.3. Fase III: Acetogénica
En esta fase los microorganismos denominados bacterias acetogénicas, toman
las moléculas que las bacterias metanogénicas no pueden sintetizar, las cuales
fueron producidas en la fase dos tales como: etanol, ácidos grasos, y
compuestos aromáticos transformándolas en compuestos más simples como
acetato e hidrógeno molecular, esos proceso se dan por reacciones espontáneas
donde no le afectan las presiones del hidrógeno, cuando el hidrógeno se
encuentra en bajas concentraciones, las bacterias acetogçénicas producen
acetato y dióxido de carbono (Moreno, 2011).
Además, se han encontrado una nueva especie de bacterias denominadas
homoacetogénicas, siendo aislados principalmente Acetobacterium woodii y
Clostridium aceticum, tomando todo compuesto mono carbonado junto con
hidrógeno molecular para la producción exclusiva de acetato, esto permite tener
bajas presiones en un sistema anaeróbico.
En este momento se han adquirido todas las moléculas base de fácil
sinterización para las bacterias metanogénicas, con bajas presencias de hidruro
de azufre y amoniaco, los microorganismos ya han extraído todos los minerales
de la biomasa y dejando todos los sustratos ácidos volátiles para la fase final.
(García, Rivas, & Cruz, 2010).
3.13.4. Fase IV: Metanogénesis
Finalmente, las bacterias metanogénicas actúan sobre todos los productos de
las fases anteriores, completando el proceso de descomposición anaeróbica,
donde toman los ácidos carboxílicos y junto con el hidrógeno gaseoso forman
las moléculas de metano, donde el 70% del metano producido en el biodigestor
es resultado de la descarboxilación de ácido acético, además de tomar otras
sustancias mono carbonadas tales como el dióxido de carbono y carbonatos
25
producidos como subproductos de la interacción del dióxido de carbono con el
agua presente (Moreno, 2011)
3.14. Biol
Al finalizar el proceso de la biodigestión se obtiene además del gas un fango, el
cual pasa por un proceso de sedimentación o decantación, donde se remueven
todos los sólidos de él, obteniendo una fase líquida denominada Biol, el cual
suele ser el 90% como producto final de la biodigestión, este es un nutriente rico
en nutrientes para la tierra, dado que posee altas cantidades de compuestos que
contienen nitrógeno, fósforo, potasio, magnesio, etc. Este funciona para el
crecimiento de raíces y frutos de las plantas, esto se debe a los productos
hormonales vegetales desechados por los microorganismos producidos por la
fermentación anaeróbica.
De esta forma el Biol producido puede funcionar como: mejor intercambio
catiónico en suelos ampliando la disponibilidad de nutrientes en la tierra, adecuar
microclimas en el suelo para la comodidad de la planta, fertilizante para plantas
en Sprite, erradica el uso de fertilizantes químicos dañinos para el medio
ambiente, el cual ayuda a tener la mismas o mejor producción agrícola (García,
Rivas, & Cruz, 2010).
26
4. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Uno de los más grandes conflictos que se ha presentado en la educación,
específicamente en el área de las ciencias naturales, es la antipatía que se
genera en los estudiantes, generada por la falta de comprensión de los
fenómenos que existen los cuales generan un disgusto que con el tiempo se
convierte en un indisposición frente a cualquier tema a tratar del área, es normal
que de aquí se parta a generar diferentes lúdicas que permitan la comprensión
del joven por medio de juegos que contengan diferentes temas, estas suelen ser
funcionales hasta cierta etapa, por lo cual no se realiza un aprendizaje
significativo si no únicamente un aprendizaje a corto plazo que nace de “solo
responder lo que me corresponde” (Escalona L. A., 2019).
Continuando por esta línea es de comprender que hoy en día realmente existen
estudiantes que no les gusta el área de ciencias naturales, por lo tanto es más
complicado obtener su atención, es por lo anterior que es necesario que se
realice un proceso de enseñanza-aprendizaje que potencialice las habilidades
de pensamiento inferencial para promover o generar un aprendizaje significativo,
donde los estudiantes se enfrenten a un problema complejo a cual no encuentren
una solución fácil y deban analizar cómo resolverlo obteniendo así nuevos
conocimientos (Barbosa, Hernandeo, & Fernando, 2018), en este sentido se
diseñó e implementó una secuencia de actividades fundamentada en el modelo
ABP bajo la basado de problemas.
Se debe tener en cuenta que los docentes en el área de ciencias naturales,
suelen ser puestos a prueba con diferentes preguntas que nacen de la
explicación de un tema determinado o también como consecuencia de un
fenómeno con el que el estudiante haya tenido contacto, por lo cual es necesario
potenciar sus habilidades de pensamiento inferencial para poder brindar una
respuesta con argumentos a su estudiante, en otras palabras, se busca generar
una mejora continua en las cátedras, los comportamientos, las respuestas y
demás actitudes a las que se enfrenta el docente en su aula de clase (Escalona
L. A., 2019).
Desde esta perspectiva la pregunta que orienta este trabajo de grado es:
¿Cuáles son las habilidades de pensamiento inferencial y qué papel tienen
dentro del espacio académico de un grupo de futuros docentes que se
encuentran cursando énfasis disciplinar II, mediante la implementación de una
secuencia de actividades fundamentada en el modelo ABP aplicado al proceso
de biodigestión?
27
5. OBJETIVOS
5.1. Objetivo general
Analizar las habilidades de pensamiento inferencial que construyen un grupo de
profesores en formación dentro espacio académico de énfasis disciplinar II, al
implementar una secuencia de actividades fundamentada en el modelo ABP y
en situaciones problema transversales al proceso de biodigestión.
5.2. Objetivo específico
• Diseñar una secuencia de actividades fundamentada en el ABP, al
abordar situaciones problema transversales al proceso de biodigestión,
para fortalecer las habilidades de pensamiento inferencial.
• Identificar las habilidades de pensamiento inferencial que desarrollan un
grupo de profesores en formación, al abordar situaciones problema
relacionadas con el proceso de biodigestión, articuladas a las diferentes
reacciones que puedan sustituir dichas etapas.
• Determinar los alcances de la secuencia didáctica en términos del
desarrollo o fortalecimiento de las habilidades de pensamiento
inferencial.
28
6. METODOLOGÍA
6.1. Enfoque de la investigación
En el siguiente trabajo de grado se analizan y prepara una serie de actividades
enfocándose en el desarrollo de las habilidades de pensamiento inferencial
tomando en cuenta los parámetros realizados en los trabajos de (Barbos F., Cruz
L. & guerra H., 2018) y (Escalona B., 2019). Donde se determinan los aspectos
más importantes que plantean en sus trabajos, iniciando un problema o pregunta
central que no tenga una única solución, estimulando a si posibles respuestas
argumentativas. Además, deben crear sesiones en donde se retoman temas que
ayuden a dar solución del problema a plantear.
A partir de lo antes mencionado se aplica una secuencia didáctica basada en el
aprendizaje basado en problemas (ABP), donde se esboza en primer lugar el
tema enfocado al inicio de la secuencia didáctica. de esta manera se decide
realizar una indagación para ejecutar una intervención educativa sobre la
biodigestión y los procesos bioquímicos que suceden dentro del biodigestor. los
cuales no son totalmente claros por los estudiantes debido a las reacciones
enzimáticas que se llevan a cabo.
De esta forma se inicia el proceso de la implementación de la pregunta problema
el cual nos permite observar que conocimientos previos tienen los estudiantes
en el área de la química orgánica. Generando un pensamiento inferencial a partir
de la temática planteada, esta se debe solucionar basándose en las fases vistas
en el biodigestor. Demostrando que cada grupo de trabajo pueden llegar por
diferentes caminos a una solución paralelas a las fases producidas por los
microorganismos dentro del biodigestor (Molina & Corzo, 2018).
Por lo tanto, se realizó una evaluación cualitativa teniendo en cuenta toda la
secuencia lógica que lleva el grupo de estudiantes como: analizando todas las
reacciones que forman en cada paso, el conocimiento de resolver diferentes
puntos con los conocimientos que maneja, el reconocimiento de errores y
corrección verídica, por último, un argumento claro y preciso que dé respuesta
al error corregido en los puntos suministrados (Molina & Corzo, 2018), para así
mismo determinar que habilidades se van desarrollando a lo largo de la actividad
y cuales se potencian.
Para la determinar que se logró o si por el contrario ya se tenían las habilidades
de inferencia, se apoya en la herramienta de la taxonomía SOLO, en la cual se
busca los progresos que tienen los estudiantes, que herramientas adicionales se
deben suministrar y si son desarrolladas o no al finalizar el trabajo (Gámez &
Hernández, 2018).
29
6.2. Metodología de la investigación
La metodología de enseñanza seleccionada es el aprendizaje basado en
problemas (ABP). Basándose en los postulados de (Monterrey, 1999) se
identifica siete pasos, donde los primeros dos nos plantea el inicio de la sesión
de trabajo. En ellas podemos fomentar los objetivos y el planteamiento del
problema iniciando las actividades que se realizaran a los estudiantes. Estas
actividades nos permitirán valorar los progresos de cada uno de los estudiantes
identificando cada una de las habilidades de pensamiento inferencial que estos
poseen.
Para iniciar la actividad se forman grupos cuyo objetivo es buscar la solución al
problema previamente establecido, para ello se tiene en cuenta cinco (5)
momentos donde se puede observar la evolución de cada grupo, los cuales son:
Momento I
En algunas ocasiones los estudiantes no suelen trabajar en equipo, por lo que
se forma una tensión inicial de desconfianza y no aplican los roles que les toca
desarrollar, donde cada alumno busca solucionar de manera propia el problema,
buscando soluciones con retroalimentaciones del docente o de otros
compañeros o grupos, una forma valida inicial es dar roles a cada estudiante,
dándoles a conocer su propósito en el grupo y lo que deben aportar.
Momento II
Se basa en la ansiedad de los alumnos, la mayoría de las veces provocado por
la frustración de no conocer lo suficiente para dar la solución al problema, en
este parámetro muchos se suelen perder, debido que no saben cómo conllevar
a la solución con los vacíos de conocimientos que aún tienen para llegar a la
solución, el docente debe ser capaz de encaminar esta parte con ejemplos
cotidianos para que el estudiante retome la seguridad.
Momento III
Se empiezan a ver los frutos, donde los alumnos se inician motivando de las
nuevas habilidades generadas por el nuevo proceso, comprendiendo nuevos
conocimientos, además de la motivación de continuar con la indagación de otros
30
temas, adquiriendo diversas habilidades tales como las literales, por otra parte
se podría dar un caso contrario donde un grupo este más atrasado que los
demás, por lo cual se debe generar una actitud competitiva o un apoyo adicional
docente para el impulso de seguir el ritmo, esta aplicación debe generarse
dependiendo de las actitudes del grupo, dado que puede al igual generar un
efecto contrario.
Momento IV
Se denota la seguridad del grupo en la solución de problemas, en el
planteamiento de posibles soluciones, donde cada estudiante aporta y los otros
evalúan su propuesta para una mejora continua y retroalimentación colectiva,
cumpliendo de esta manera los objetivos establecidos en cada proceso.
Momento V
En este momento se identifica el mayor desarrollo del grupo, demostrando todas
las nuevas habilidades adquiridas durante el proceso, en las que cada estudiante
sigue su rol a la perfección, en el cual las indagaciones los conocimientos
adquiridos son pocos del docente y más por iniciativa propia del autoaprendizaje,
un aporte extra es la capacidad de desenvolver liderazgo en futuros grupos,
adquiriendo habilidades de comunicación asertiva para la solución de futuros
problemas (Monterrey, 1999)
6.3. Etapas de la investigación
En el desarrollo de la investigación se determinan cuatro etapas, teniendo en
cuenta en primera parte los trabajos realizados por (Barbosa, Hernandeo, &
Fernando, 2018) y (Escalona L. A., 2019) para el inicio de la secuencia didáctica,
de esta forma construir paso a paso cada una de las siguientes etapas.
Etapa I:
Se inicia con la indagación de como potenciar las habilidades de pensamiento
inferencial, que en lo escrito anteriormente se toman los trabajos realizados por
(Barbosa, Hernandeo, & Fernando, 2018) y (Escalona L. A., 2019) quienes
centran el inicio en un problema o pregunta central que tenga como solución una
31
respuesta amplia, argumentativa y creativa, donde se decide realizar la
secuencia a partir de la metodología basada en problemas (ABP); generando el
tema central para adquirir las habilidades de pensamiento inferencial el cual es
la biodigestión.
Etapa II
A partir de la metodología de seleccionada (ABP), esta se centra en realizar una
pregunta problema en base al tema escogido que es biodigestión. En donde
debido a los bajos conocimientos que tienen los estudiantes deben buscar una
solución por otro camino. Además de observar las primeras ideas previas a las
habilidades de pensamiento inferencial que se denotan a partir de una hipótesis
planteada, donde la respuesta suministrada por cada grupo de trabajo es tomada
como la base de partida de la investigación.
Etapa III
En esta etapa los estudiantes refuerzan los vacíos que identificaron durante la
hipótesis planteada, donde cada grupo determina que información ya tiene y cual
se debe fortalecer para solucionar el problema. Proporcionando material de
refuerzo como guías y presentaciones, para finalmente realizar un
fortalecimiento de las habilidades de pensamiento inferencial en donde se
retoman los temas suministrados en el desarrollo de un taller nombrado
reconociendo el error, así mismo se denote las habilidades y el desarrollo que
genera cada estudiante siendo este un taller individual.
Etapa IV
Finalmente se analizaron las respuestas obtenidas en la pregunta problema, las
cuales se comparan con la hipótesis realizada al inicio de la investigación, para
determinar si los estudiantes tienen o adquirieron las habilidades de
pensamiento inferencial, determinando en qué nivel se encontraría con la
valoración formada a partir de la taxonomía SOLO (Fallas & García, 2001).
32
6.4. Propuesta de secuencia didáctica en la solución de problemas
El diseño de la secuencia didáctica se enfoca en el desarrollo de las habilidades
de pensamiento inferencial a partir de diferentes reacciones que ocurren dentro
del biodigestor basándose en la metodología (ABP). posteriormente se plantean
las etapas, iniciando con la primera intervención educativa dando una
explicación de cómo funciona todo el proceso desde la entrada de la materia
orgánica hasta la producción de energía eléctrica, pero el paso más importante
es el del biodigestor especialmente en el proceso de las fases que llevan los
microorganismos, profundizando en las reacciones bioquímicas que realizan
cada uno.
Inicialmente ya se tiene los 3 grupos de estudiantes establecidos, de esta forma
se da a conocer el problema principal a partir de una pregunta abierta con el fin
de generar dudas. posteriormente se busca que los grupos generen una
hipótesis de cómo abordar el problema, para después entrar a la tercera etapa
donde se da un texto de ayuda para reforzar la explicación en la intervención
educativa, luego se realiza una breve intervención de refuerzo con dinámicas del
programa de Avogadro, donde se tratan diferentes temas con las
macromoléculas tales como nomenclatura, grupos funcionales y reacciones
orgánicas para ir llegando poco a poco hasta la solución del problema; Para
finalizar esta etapa se asigna un taller que deben realizar en forma individual
partiendo del reconocimiento de errores y justificación de respuestas se busca
intensificar tanto temas de química orgánica como habilidades de pensamiento
inferencial.
Por último, a través de un cuadro comparativo junto con la hipótesis inicial se
analiza que progresos adquiere cada estudiante para adquirir las habilidades y
con el taller individual que alumnos realmente denotan un cambio (Monterrey,
1999), en la figura número 2 se ve las etapas y lo que cada una abarca.
6.4.1. Implementación de pregunta
Ya establecidos los grupos y realizada la intervención educativa se inicia el
planteamiento del problema, donde se explica.
Ya visto los procesos enzimáticos que realizan los microorganismos para romper
diferentes cadenas orgánicas y formar metano que es el gas de interés, su
equipo de laboratorio ha sido escogido para que determinen de la mejor manera
¿Qué reacciones realizaría en un laboratorio para reducir una macromolécula en
metano, etano y propano? Con la finalidad de ver otros procesos de obtención
de estos gases, los cuales no sean procesos enzimáticos si no
experimentalmente por reacciones orgánicas.
33
De esta forma a cada grupo se le dará una macromolécula orgánica que sólo
tenga hidrocarburos alifáticos, grupos alcanos, alquenos, alquinos, cíclicos,
alcoholes, aldehídos, cetonas, éteres y ácidos carboxílicos, con la finalidad que
logren nombrar cada molécula según la IUPAC y reconocer cada grupo
funcional, además de determinar si posee o no las habilidades de pensamiento
inferencial a partir de la hipótesis planteada.
6.4.2. Formulación de hipótesis
En esta parte se busca que cada grupo analice las fases que realizan los
microorganismos, con el fin de reconocer en cuales conocimientos tienen
falencia para el futuro proceso que implementarán para solucionar el problema
planteado, redactando una hipótesis de como iniciar las reacciones o que pasos
establecer en el proceso, determinando los futuros problemas donde deben tener
en cuenta la nomenclatura y los grupos funcionales para asimilar mejor el
proceso al cual deben llegar.
Se tiene en cuenta lo propuesto por el grupo, sin importar que reacciones estén
bien o mal formuladas o que tanto conocimiento tenga cada estudiante sobre el
tema, recordando que la finalidad no es adquirir nuevos conocimientos en el área
de química orgánica, sino obtener o mejorar las habilidades de pensamiento
inferencial.
6.4.3. Cátedras didácticas
En esta etapa se realizará una sesión sincrónica donde se implementarán las
diferentes actividades, iniciando con las presentaciones de nomenclatura básica,
la cual dado a los conocimientos ya adquiridos por los estudiantes solo se toma
como un breve refuerzo, tomando de ejemplo la macromolécula que cada uno
tiene para ampliar habilidades de comparación, donde los estudiantes deben
diferenciar los grupos funcionales que tiene en ella, separándolos para luego
nombrarlos al finalizar la clase. En este espacio se realiza una corta presentación
apoyándose en un programa llamado Avogadro presentado por la plataforma
Skype, a medida de las explicaciones de cada grupo funcional tengan un modelo
gráfico.
Se plantean la siguiente presentación de diferentes reacciones orgánicas de
hidrocarburos alifáticos, mostrando por Avogadro como seria la secuencia de la
reacción y que ocurren con los catalizadores o en el medio que se encuentran,
al finalizar se deja el segundo instrumento de evaluación un taller individual con
once (11) ejercicios, donde los estudiantes deben determinar errores y aciertos
en cada ejercicio y justificando el error con su debida corrección.
34
Mediante las respuestas individuales y el primer instrumento de evaluación se
puede determinar que estudiantes realmente tienen la habilidad de pensamiento,
sometido por los argumentos en sus respuestas que deben dar en cada punto,
dado el material suministrado se realiza una crítica de cada uno de los puntos
con los conocimientos reforzados, dando como finalidad quienes realmente
tienes las habilidades y quienes las intensifican, proceso que se lleva a cabo a
partir del pensamiento crítico donde corrige los errores comparándolo con sus
conocimientos, argumentando con teorías estudios que ya maneja el estudiante
y dando una oportuna respuesta
6.4.4. Solución del Problema:
Antes de empezar esta etapa, se realiza una breve intervención a los grupos y
estudiantes que tuvieran el segundo instrumento con bajos resultados en la parte
argumentativa o en la solución del ejercicio.
En esta última etapa se analizará la solución realizada por cada grupo de
estudiantes en la entrega final, que a partir de sus macromoléculas se detalla
cómo fueron nombradas, que grupos funcionales determinaron, siendo el primer
punto de mayor peso el cual es el paso a paso de la descomposición sugerida
por el grupo de su molécula problema, que se comparara con su hipótesis inicial
determinando que tantos aciertos tenían en sus ideas previas al inicio de la
secuencia didáctica, además de determinar que habilidades de pensamiento
inferencial se lograron adquirir o fortalecer, finalizando con una breve
comparación entre que similitudes y diferencias se tienen con el proceso
bioquímico en el biodigestor contra las reacciones que ellos realizaron,
evaluando el reconocimiento de procesos en reacciones orgánicas.
35
Figura 2 Etapas planteadas para la secuencia didáctica. Elaboración propia.
6.5. Sujetos de estudio
Los estudiantes que participaron en esta investigación, cursan los últimos
semestres en la Universidad Pedagógica Nacional los cuales se encuentran
realizando una catedra en el Énfasis Disciplinar II, los cuales son próximos a
finalizar su carrera, dado que el curso está llegando a su finalidad ya tienen
grupos establecido desde el inicio del semestre, por lo cual, para no crear
inconformidades y problemas de generar grupo nuevos, se determinó continuar
con los mismos tres grupos con sus respectivos integrantes.
Debido a las contingencias de la pandemia producida por el Covid-19, se decide
realizar intervenciones educativas por el mismo medio virtual que el profesor de
catedra del énfasis ha utilizado durante todo su curso, siendo este un medio
virtual conocido como Skype, el cual funciona también para aclarar dudas,
reforzar temas, además de explicar cómo funciona cada material y los
parámetros que deben llevar en cuenta para el trabajo de investigación.
Es de resaltar que al ser el tercer trabajo de investigación que se lleva en el
espacio académico, los estudiantes que participaron tienen total conocimiento
de que la información que se usara en este trabajo es la proporcionada por ellos,
en la cual por temas de seguridad se dejaran sus nombres resguardados
colocando letras o números respectivamente.
ETAPA 1
1. Indagación de la metodología
2. preparación de las actividades de enseñanza-
aprendizaje
ETAPA 2
1. Primera intervención
2. Entrega del problema principal
3. Formulación de hipótesis
4. Análisis de posibles habilidades e ideas previas
ETAPA 3
1. Segunda intervención
2. Taller de refuerzo
3. Análisis de progresos individuales de cada
estudiante
ETAPA 4
1. corrección del taller
2. Toma de resultados por los instrumentos
3. Análisis de la secuencia didáctica establecida
36
En la siguiente tabla 2, se muestran los criterios de evaluación en cada etapa formada con su respectivo atributo, donde es un
indicador directo de si se logra o no el objetivo a partir de los argumentos o resultados suministrados.
Tabla 2 Identificación de elementos de evaluación. Elaboración propia.
Actividades que evaluar
Atributos a evaluación Evaluación
Hipótesis
Formula reacciones químicas orgánicas coherentes para producir el gas de interés
Según los niveles establecidos en
base a la taxonomía SOLO
Argumenta cada paso que realizara teniendo en cuenta los productos globales a obtener
Compara procesos similares entre las reacciones propuestas y las que realizan los microorganismos en el biodigestor
Taller
Soluciona oportunamente el ejercicio propuesto reconociendo el error
Reconoce el error y argumenta con conocimientos en el área el por qué está mal
Corrige correctamente el error demostrando su argumentación
solución problema
Formula reacciones químicas orgánicas coherentes para producir el gas de interés
Argumenta cada paso que realizara teniendo en cuenta los productos globales a obtener
Compara procesos similares entre las reacciones propuestas y las que realizan los microorganismos en el biodigestor
37
7. RESULTADOS
7.1. Secuencia de actividades
A partir del aprendizaje basado en problemas ABP que es planteada en siete (7)
pasos se inicia el análisis desde el tercer paso, ya que los primeros dos (2) pasos
son la estructuración de la secuencia, el tercer paso es referente al análisis o
lluvia de ideas, retomando nuevamente a la etapa de la hipótesis y sus
respectivos aspectos a evaluar, el cuarto paso es más la obtención de nuevos
conocimientos o refuerzo de algunos ya adquiridos, los cuales se evalúan a partir
del segundo instrumento taller corrección de errores.
El paso cinco (5) es donde el estudiante toma la información suministrada y
determinar que es necesario y que no para la solución de su problema central,
el paso seis (6) es iniciar paso a la secuencia lógica de cómo será el paso a paso
que afecta en cada proceso y como se llega a la finalidad, para que de esta forma
se llegue al paso siete (7) dando una completa redacción de cómo lleva cada
proceso, finalmente se evaluó estos tres pasos con la finalidad de la pregunta
problema, que tomara en cuenta las reacciones realizadas con cada molécula
formada y las comparaciones similares entre el proceso realizado junto con las
del biodigestor.
Teniendo en cuenta la comparación de la hipótesis de cada grupo comparándolo
con su resultado final para determinar si se mejoran las habilidades de
pensamiento inferencial.
7.1.1 Resultados del primer instrumento: Hipótesis
En este instrumente se validó en primera parte que tanto conocimiento tienen
sobre la química orgánica o que tantos conocimientos deben ser repasados, para
así mismo determinar en qué punto realizar las retroalimentaciones de los temas
o si por el contrario solo se debe realizar un pequeño repaso, en segunda parte
la argumentación que le dan de seguimiento al proceso planteado, por ultimo si
ya tienen la habilidad de la inferencia para tener las primeras ideas las cuales les
ayudaran a solucionar el problema teniendo en cuenta las reacciones vistas en
las fases del biodigestor.
En la tabla número 3 se presenta qué criterios se evalúan en cada parámetro,
más adelante en la tabla 6, tabla 7 y tabla 8 determinar cuáles fueron las
observaciones de las respuestas de los grupos.
38
Tabla 3 Formato de evaluación de la hipótesis. Elaboración propia.
Hipótesis
Grupos Formulación de hipótesis Relación con
biodigestor Proceso Argumentación
X
Formula reacciones químicas orgánicas
coherentes para producir el gas de interés
Argumenta cada paso que realizará
teniendo en cuenta los productos globales a
obtener
Compara procesos similares entre las
reacciones propuestas y las que realizan los
microorganismos en el biodigestor
Evaluación Y Y Y
Cada hipótesis fue evaluada basándose en la taxonomía SOLO para
implementar los siguientes parámetros: primero el proceso planteado por cada
grupo determinando cuales reacciones químicas dan como resultado el analito
de interés (proceso), en segunda parte la argumentación de cada paso que
realizará, teniendo en cuenta los productos globales a obtener correctamente
(argumento), por último la relación con las fases vistas con el biodigestor en
donde se determina si comparan procesos similares entre las reacciones
propuestas y las que realizan los microorganismos en el biodigestor
(comparación), así mismo se le asigna el nivel respectivo a una valoración sujeto
a la tabla número 4.
Tabla 4 Niveles de evaluación a basado en la taxonomía SOLO para evaluar la hipótesis. Elaboración
propia.
Niveles Capacidades que evaluar
1 La respuesta, el argumento y la comparación no son correctas
2 Su respuesta es correcta, pero el argumento y la comparación no son correctas
3 Su respuesta y su argumento son correctas, pero su comparación no lo es
4 Su respuesta, argumento y comparación son los correctos
5 Además de sus respuestas, argumento y comparación correctas, adapta nuevas soluciones mejores al problema
39
Para determinar el desarrollo de cada habilidad del pensamiento inferencial se
determinan los siguientes parámetros:
• Inferencial: Define y organiza un proceso de reacciones de química
orgánica tomando en cuenta las fases dentro del biodigestor.
• Comparativa: Describe que fases propuestas son iguales o distintas
asociadas al proceso de biodigestión.
• Descriptiva: Presenta de una forma coherente el proceso planteado
empleando conocimientos de reacciones orgánicas.
• Explicativa: Argumenta cada proceso de forma clara redactando un texto
que determine la finalidad de cada reacción propuesta.
Para finalmente determinar que habilidades tienen a partir de la información
adquirida con la hipótesis de los parámetros especificados anteriormente en la
tabla número 5, se muestra que criterios del ABP ayuda a evaluar las habilidades
de pensamiento inferencial.
Tabla 5 Tabla de evaluativa en comparación de ABP vs Habilidades inferenciales. Elaboración propia.
Grupos ABP Habilidad inferencia
x
Proceso Descriptiva y Explicativa
Argumento Descriptiva y explicativa
Relación Inferencial y comparativa
Tabla 6 Formato de resultados de la hipótesis grupo 1. Elaboración propia.
Hipótesis
Grupos Formulación de hipótesis Relación con
biodigestor Proceso Argumentación
1
Tienen el conocimiento de las reacciones
propuestas
Argumentan un proceso viable,
pero no tienen en cuenta la
totalidad de la molécula
Comparan la primera fase adecuando la
molécula, a partir de diferentes reacciones adecuan la molécula
para romperla y finalmente realizan una reacción de reducción.
Evaluación 4 4 3
Dado que el instrumento es una hipótesis, no es necesario que se tengan en
cuenta cada uno de los parámetros en cada una de las reacciones propuestas,
definan un proceso de reacciones coherentes además de manejar a la perfección
los grupos funcionales dentro de su molécula problema, no obstando se
40
determina un único error el cual es pensar que un reactivo solo ataca
específicamente a una sola parte de la molécula y no a toda completamente.
Fotografía 1 Hipótesis realizada por el grupo 1 correspondientes a la sesión asincrónica 1.
Frente al proceso de cómo realizaron la comparación con las fases del
biodigestor, toman en cuenta la fase 1 adecuando la molécula a partir de
reducciones para obtener grupos alcohol, no tienen nada comparativo a la fase
dos y la tres, en la cuarta realizan una breve reducción parecida a la última fase,
dado a que mantienen una cadena demasiado larga deciden adicionar una
reacción para obtener el producto esperado.
En este aspecto los participantes del grupo número 1 pueden tener las
habilidades de pensamiento inferencial, donde les faltan conocimientos de
algunas otras reacciones.
Tabla 7 Formato de resultados de la hipótesis grupo 2. Elaboración propia.
Hipótesis
Grupos Formulación de hipótesis Relación con
biodigestor Proceso Argumentación
2
Tienen el conocimiento de la mayoría
de las reacciones propuestas
Argumentan un proceso viable sin llegar a la finalidad del ejerció, no
toman variables que puedan
suceder
Pese a tener comparaciones en su proceso con el
proceso del biodigestor no las
dan a resaltar
Evaluación 4 3 2
En el resultado de esta hipótesis, se observa que se tienen en cuenta toda la
molécula y la afectación de cada una de las reacciones que sucederían en
simultaneo en cada uno de sus grupos funcionales, con un sólo proceso
41
inconcluso el cual es al final una reacción de pirólisis, donde se producen
moléculas de alcanos y alquenos por lo tanto deberían adicionar un proceso más
de reducción los cuales se pueden repetir varias veces para lograr la obtención
de la molécula de interés.
Fotografía 2 Hipótesis realizada por el grupo 2 correspondientes a la sesión asincrónica 1.
Frente a las comparaciones se pueden determinar que se tomaron dos: la fase
uno y la fase tres. Son ambas adecuaciones adicionales que se le deben dar a
la molécula en los procesos, exponiendo en qué momento lo harían y por qué,
finalizando con una reacción de pirólisis donde no tuvieron en cuenta que al
formar un alqueno nuevo y sin saber que tan larga podría ser su cadena, se
adicionarían 3 nuevos procesos: una reducción, una pirólisis y nuevamente otra
reducción.
Por lo tanto, en este momento no se tiene certeza de que tan desarrollado tienen
las habilidades de pensamiento inferencial dado a que, si tienen comparación en
las reacciones propuestas con las fases del biodigestor, pero en la hipótesis no
se denotan que se diera la respuesta frente a dicha comparación.
42
Tabla 8 Formato de resultados de la hipótesis grupo 3. Elaboración propia.
Hipótesis
Grupos Formulación de hipótesis Relación con
biodigestor Proceso Argumentación
3 Redacta una
posible solución
Argumentan un proceso, pero no tienen en
cuenta la totalidad de la
molécula ni todos los productos
adiciónales.
Comparan la primera fase adecuando la
molécula, a partir de diferentes reacciones adecuan la molécula
para romperla y finalmente igualan la
parte de las reducciones
Evaluación 2 1 1
La siguiente hipótesis, se determina un proceso general el cual puede abarcar
una gran cantidad de diferentes reacciones orgánicas las cuales se pueden
implementar para la obtención de la molécula de interés, pero no se tiene un
proceso claro solo que reacciones podrían funcionar.
Al no ser un proceso claro no se puede realizar comparación con ninguna fase,
por lo cual puede que tengan como no las habilidades, ya que varias reacciones
se pueden comparar con algunas fases, pero al no establecerlas en un orden
coherente no es claro lo que los estudiantes quieren dar a entender.
7.2.2. Resultados del segundo instrumento: Taller corrección del error
Estos resultados son tomados después de reforzar brevemente los
conocimientos en química orgánica tanto en reacciones, grupos funcionales y
nomenclatura. De esta forma se parte a un taller asincrónico donde los
estudiantes individualmente serán evaluados con once puntos, en el deberán
leer e identificar el error. posteriormente argumentar porque es un error tomando
en cuenta que conocimientos tienen, finalmente dar la corrección. esta etapa se
realiza para fortalecer las habilidades de pensamiento inferencial a partir de un
pensamiento crítico, que se forma al comparar los conocimientos que tienen los
estudiantes frente a los errores de cada punto.
En la tabla número 9 se verá qué criterios se evalúan, posteriormente por la tabla
12 donde se observan los valores de las respuestas de cada estudiante.
43
Tabla 9 Formato de evaluación del taller corrección de errores. Elaboración propia.
Taller
Grupos y estudiantes Numero de pregunta Evaluación
1 A
Soluciona oportunamente
el ejercicio propuesto
reconociendo el error
Reconoce el error y
argumenta con conocimientos en el área el por qué está
mal
Corrige correctamente
el error demostrando
su argumentación
B
2 C
D
3 E
F
Así mismo en la tabla número 10 se evaluó nuevamente los parámetros
establecidos, observando que adquirieron nuevos conocimientos. los cuales se
evalúan a partir del segundo instrumento determinando en cada punto lo
siguiente: primero la información para reconocer errores que se formularon
(respuesta), en segunda parte la argumentación correcta correspondiente a cada
punto, cuál es el error y por qué (argumentación), por último, la corrección del
error de cada punto solucionado adecuadamente (solución). De esta manera
fortalecer las habilidades de pensamiento inferencial a partir de pensamientos
crítico de la persona que se forma junto con la comparación de sus conceptos
establecidos.
Tabla 10 Niveles de evaluación a basado en la taxonomía SOLO para evaluar taller corrección de errores.
Elaboración propia.
Niveles Capacidades que evaluar
1 La respuesta, el argumento y la solución no son correctas
2 Su respuesta es correcta, pero el argumento y la solución no son correctas
3 Su respuesta y su argumento son correctas, pero su solución no
4 Su respuesta, argumento y solución son los correctos
5 Además de sus respuestas argumento y solución correctas, adapta nuevas soluciones mejores al problema
Para determinar el desarrollo de cada habilidad del pensamiento inferencial se
determinan los siguientes criterios de evaluación:
• Inferencial: Define cual es el error asociándolo contra sus propios
conocimientos de química orgánica.
44
• Comparativa: Identifica el error comparándolo con sus propios
conocimientos de nomenclatura y grupos funcionales.
• Descriptiva: Formula de forma coherente la respuesta en una forma
escrita o grafica.
• Explicativa: Argumenta con claridad cuál es el error detectado a través de
una forma escrita o grafica.
Para finalmente determinar que habilidades de pensamiento inferencial se
desarrollan a partir de la información adquirida con el taller de corrección de
errores, a partir de los parámetros especificados anteriormente, en la tabla
número 11 se muestra que parámetro del ABP ayuda a evaluar las habilidades
de pensamiento inferencial.
Tabla 11 Tabla de evaluativa en comparación de ABP vs Habilidades inferenciales. Elaboración propia.
Estudiante ABP Habilidad inferencia
x
Proceso Descriptiva
Argumento Inferencial, descriptiva y explicativa
Solución Inferencial y comparativa
En la tabla número 12 se califica por colores, esta consta de dos indicadores uno
rojo y otro blanco. El rojo, representa que no realiza el ejercicio adecuadamente.
El blanco nos indica la veracidad de los parámetros evaluados. dentro de cada
recuadro está acompañado de una numeración del uno al cinco (1-5) donde se
referencia que nivel se encuentra según la tabla número 10.
45
Tabla 12 Formato de resultados del taller individual. Elaboración propia.
Grupos y estudiantes 1 2 3 4 5
1 A 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4
B 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4
2 C 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4
D 4 4 4 4 4 4 4 2 2 4 4 4 4 4 4
3 E 3 2 2 3 2 2 3 2 2 3 2 2 3 2 2
F 3 2 2 3 2 2 3 2 2 3 2 2 3 2 2
Grupos y estudiantes 6 7 8 9 10
1 A 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4
B 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 1 2 2
2 C 4 4 4 4 4 4 4 4 2 4 4 4 1 2 2
D 4 4 4 4 4 4 4 4 2 4 4 4 1 2 2
3 E 3 2 2 3 2 2 3 2 2 1 2 2 4 4 4
F 3 2 2 3 2 2 3 2 2 1 2 2 4 4 4
Grupos y estudiantes 11
1 A 4 4 4
B 1 2 2
2 C 1 2 2
D 1 2 2
3 E 4 4 2
F 4 4 2
46
Al realizar el análisis individual en el grupo uno, el estudiante A demuestran una
eficiencia del 100% lo que nos da a entender que tanto su análisis como su
pensamiento crítico resaltan sus habilidades de pensamiento inferencial, dado
que los argumentos no solo son verídicos sino cortos y concisos, cualidad que
también demostró su compañero con la excepción de tener solo dos puntos
incorrectos, pero igual manera con argumentos un poco más extendidos pero
reales desde sus conocimientos propios.
Fotografía 3 Taller buscando el error realizado por el estudiante 1 correspondientes a la sesión
asincrónica 2.
47
En los integrantes del grupo dos, el estudiante C al igual que el B obtuvo los mis
resultados con la diferencia que en el punto ocho no da una respuesta correcta
el estudiante C lo que permite analizar que puede poseer las habilidades de
pensamiento inferencial, pero con la diferencia que no tiene el conocimiento para
la solución de algunos problemas. mientras tanto el estudiante D demuestra una
falla adicional, donde no solo no da una respuesta correcta si no que los
argumentos son erróneos. En el caso del punto tres demuestra que los
estudiantes son un buen grupo que presentan parte de las cualidades, pero
deben ser mejoradas.
Finalmente, en el grupo 3 tanto el estudiante E y F tienen los mismos errores
argumentativos como en la corrección del error. Pese a esto analizan la
información, siguen instrucciones y manejan conceptos básicos en la materia de
química orgánica. Sus habilidades de pensamiento inferencial son bajas,
además se puede concluir que realizan dicho procedimiento juntos al tener los
mismos errores argumentativos.
Todos los estudiantes tienen los conocimientos mínimos en formación de cómo
construir moléculas orgánicas a partir de su nombre y de los grupos funcionales.
Cabe resaltar que antes de pasar a la entrega de la pregunta problema, se les
realizo una retroalimentación a los grupos dos y tres de los errores cometieron y
cuáles eran las respuestas con la finalidad de corregir sus errores los cuales
fueron tomados más que un reclamo como una construcción critica.
7.2.3. Resultados del tercer instrumento: Pregunta problema
Identificando que el grupo de estudio ya tiene las capacidades de reconocer
grupos funcionales, además de dibujar y nombrar moléculas grandes no se
profundizara más sobre esos aspectos, además que la finalidad de este trabajo
no es de adquirir conocimientos en la química orgánica.
Por lo tanto, en el último instrumento nos centraremos en ver la mejora de
habilidades de pensamiento inferencial, evaluando las nuevas reacciones
propuestas y la secuencia que desarrollan, a partir de la hipótesis planteada al
inicio de la investigación junto con la solución final del problema, de esta forma
se determinan si se logra la finalidad del trabajo.
En la tabla 13, tabla 14 y tabla 15 se observan las respuestas subministradas por
los grupos evidenciando los resultados.
48
Tabla 13 Formato de resultados de la solución del problema grupo 1. Elaboración propia.
Solución del problema
Grupos Reacciones Relación con
biodigestor Proceso Argumentación
1
Tienen el conocimiento de las reacciones
propuestas
Argumentan un proceso viable
Comparan los 2 procesos denotando más diferencias que
similitudes
Evaluación 5 5 5
El Proceso en el grupo uno es eficiente, pese a que al final no tiene
comparaciones similares con los procesos del biodigestor y cambian casi toda
su propuesta inicial a su hipótesis, el argumento nuevamente da más peso
tomando en cuenta la situación planteada de la empresa, donde además de
reducir el proceso a 3 reacciones, reducen costos, no tanto como los realizados
con un biodigestor pero si con materiales, tiempo y reactivos de una forma
sintética, por lo tanto demuestran más que tener habilidades inferenciales, la
capacidad crítica de una mejora continua a problemas planteados.
Tabla 14. Formato de resultados de la solución del problema grupo2. Elaboración propia
Solución del problema
Grupos Reacciones Relación con
biodigestor Proceso Argumentación
2
Tienen el conocimiento de las reacciones
propuestas
Argumentan un proceso viable
Compara similarmente los pasos propuestos
con las fases vistas en el biodigestor
Evaluación 4 4 4
49
En Primera parte se debe resaltar la corrección que realizan en el proceso de
reacciones, además de la indagación de nuevas reacciones para facilitar la
finalidad del proceso e indicar que reacciones se identifican más a las fases de
la biodigestión.
Tabla 15 Formato de resultados de la solución del problema grupo 3. Elaboración propia
Solución del problema
Grupos Reacciones Relación con
biodigestor Proceso Argumentación
3
Tienen el conocimiento de las reacciones
propuestas
Argumentan un proceso viable
Compara similarmente los pasos propuestos
con las fases vistas en el biodigestor
Evaluación 4 4 4
Frente a la mejora continua el grupo 3, su trabajo final demuestra un gran
cambio, donde toman directamente las fases del biodigestor y dan directamente
sus similitudes en su propi proceso planteado, dando a entender cuales se
repiten y la necesidad que lo hagan en su vía de reacciones.
Cabe resaltar que los primeros tropiezos que tuvieron en termino de reacciones
o de la secuencia fueron erradicados, lo que demuestra una eficiencia en donde
juega un papel importante el material de apoyo que complementa las falencias
de conocimientos en el área de química orgánica, realizando los refuerzos en
cátedras sincrónicas.
Finalmente se muestra el progreso de la investigación, en el cual es claro los
avances de las habilidades de pensamiento inferencial tales como inferencia, la
descriptiva en el grupo numero 1 la explicativa.
En la gráfica número 1 se ven los resultados del grupo 1, visualizando que ya
tienen las habilidades de pensamiento inferencial, tales como la inferencia, la
comparativa, la descriptiva y la explicativa, las cuales se fortalecen siguiendo la
taxonomía de SOLO propuesta logran incluso argumentar mejores procesos
para la solución del problema, dando a resaltar como se fortalece la habilidad
explicativa y descriptiva.
50
Gráfico 1 Comparación de niveles según la taxonomía SOLO-propuesta al inicio y final de la secuencia
didáctica en el grupo 1. Elaboración propia.
En la gráfica número 2 se ven los resultados del grupo 2, quienes poseen las
habilidades de pensamiento inferencial, las cuales muestran un leve aumento en
la inferencia, descriptiva y explicativa, lo que denota que solo faltaba realimentar
conocimientos que los estudiantes no implementaban en un tiempo
considerable.
Gráfico 2 Comparación de niveles según la taxonomía SOLO-propuesta al inicio y final de la secuencia
didáctica en el grupo 2. Elaboración propia.
0
1
2
3
4
5
6
Proceso Argumentación Relación
Niv
eles
pro
pu
esto
s
Parametros a evaluar
Grupo 1
Hipótesis solución
0
1
2
3
4
5
6
Proceso Argumentación Relación
Niv
eles
pro
pu
esto
s
Parametros a evaluar
Grupo 2
Hipótesis solución
51
Por último, la gráfica numero 3 perteneciente al grupo 3, muestra la mejora
continua del grupo, en donde inicialmente no demuestran las habilidades de
pensamiento inferencial claramente, pero al finalizar la secuencia didáctica
logran las habilidades de pensamiento inferencial como son: la inferencia,
comparativa, descriptiva y explicativa.
Gráfico 3 Comparación de niveles según la taxonomía SOLO-propuesta al inicio y final de la secuencia
didáctica en el grupo 3. Elaboración propia.
Como análisis de resultado se logra evidenciar que las habilidades de
pensamiento inferencial son generadas a partir de conocimientos ya
establecidos en el cerebro de la persona, las cuales toman como punto guía
estableciendo diferencias o similitudes al abordar un nuevo tema de aprendizaje
o la solución a un problema, donde aumentan a partir de un pensamiento crítico
que cuestiona coherentemente la nueva idea resolviendo interrogantes a partir
de conocimientos que se tienen como reales, buscando nuevas soluciones a un
problema planteado.
0
1
2
3
4
5
6
Proceso Argumentación Relación
Niv
eles
pro
pu
esto
s
Parametros a evaluar
Grupo 3
Hipótesis solución
52
8. CONCLUSIONES
La metodología de enseñanza ABP es la indicada para potenciar las habilidades
de pensamiento inferenciales, esto se debe a su principal desarrollo de una
pregunta con respuesta amplia y abierta (Calvo, Hernando, & Fernando,
Universidad Javeriana, 2018), en la cual los estudiantes siempre están
pendientes de encontrar una pronta solución y por lo tanto inician a dar críticas
constructivas de que idea es adecuada para la solución (Ramirez, 2014), por lo
cual al seguir con la secuencia didáctica amplia más temas y conocimientos que
van comparando con los ya utilizados, que junto con en el taller genera una
constante comparación entre lo que ya han estudiado y los nuevos temas que
son suministrados para la solución del problema formando un nuevo punto de
vista (General, 2018), por lo tanto, al estar constantemente en ese proceso y
repetirlo varias veces aumentan las habilidades generando a su vez nuevos
conocimientos visto también en los resultados del trabajo de (Escalona L. A.,
2019).
Se logran potenciar las habilidades de pensamiento inferencial a partir de
correcciones tal como sucede en el grupo número 3 como son la inferencia,
comparativa, descriptiva y explicativa, pero estas deben estar acompañadas de
bases bien planteadas del conocimiento (Moreno, 2011), donde no basta solo
con saber una respuesta si no también el inicio de donde surgió ese
conocimiento, dado que los estudiantes no poseen las bases del estudio no se
logra determinar la verdadera razón de un error, de esta manera no se lograr
argumentarlo y mucho menos llegar a corregirlo (Ramirez, 2014), por lo que es
necesario un taller por cada tema y no uno general como se plantea en la
secuencia didáctica.
Al realizar la practica constructiva en grupos se logra un mejor desarrollo en las
habilidades de pensamiento inferencial (Fallas & Garcia, 2001), esto se debe a
que al ser dos personas dan más ideas, por consiguiente se dan más
argumentos que generando una discusión con la finalidad de determinar que
parámetros se deben tener en cuenta para la solución del problema, además de
generar nuevos puntos a tener en cuenta respectivamente formando una mejor
solución (Ramirez, 2014), en donde es necesario implementar
retroalimentaciones para llegar a la respuesta adecuada y por consecuencia
potenciar las habilidades de pensamiento inferencial como: la inferencia,
descriptiva y explicativa observados en los resultados finales del grupo 2.
Existen estudiantes los cuales ya han adquirido las habilidades de pensamiento
inferencial, las cuales se refuerzan a partir de la metodología ABP propuesta
realizando nuevas soluciones más eficientes, adquiriendo nuevos conocimientos
por otros lados para que de esa manera se pueda dar un progreso de mejora
continua a un problema ya establecido como se ve en los resultados en el grupo
1 (Escalona L. A., 2019).
53
9. RECOMENDACIONES
Es importante determinar limites en torno a las soluciones del problema, donde
no se dejen soluciones a partir de otras reacciones sino centrando a los
estudiantes por unas ya seleccionadas (General, 2018), dado que al proseguir
con la solución del problema lleguen a otras que pueden ser más eficientes
dependiendo de los textos de consulta, lo que puede llegar a un conflicto el cual
es no determinar si se adquieren o no las habilidades a evaluar, dado que
pueden ser procesos totalmente diferentes a los cuales no se logren comparar a
los propuestos, por otra parte pueden alargar más la solución por tener una guía
que les tome más tiempo y pasos a solucionar.
Es preferible que los estudiantes no tengan o tengan pocos conocimientos
respecto al tema de estudio, los cuales pueden tener un proceso paralelo de
enseñanza-aprendizaje para no solo adquirir habilidades de pensamiento
inferencial sino también un nuevo conocimiento disciplinar (Escalona B. R.,
2010), para que de esta forma su proceso de razonamiento frente al tema sea
más complejo, lo que da como resultado no obtener de primera mano respuestas
tan directas, e inicien un proceso más fuerte en donde estas habilidades van
saliendo más a flote al buscar una solución al problema planteado, de esta
manera se logra una mayor retentiva de la información (Escalona L. A., 2019).
Para que el desarrollo de las habilidades del pensamiento inferencial sea
eficiente, el proceso que va en paralelo con la pregunta problema debe tener una
construcción clara en todos los parámetros establecido y estudios realizados, así
mismo dar una solución global que tenga similitudes con la pregunta problema,
pero no demuestre una solución directa al problema, ya que el proceso inicial de
comparación debe ser solo una guía para tomar como ejemplo (Calvo, Hernando,
& Fernando, Universidad Javeriana, 2018).
Los talleres o actividades de refuerzo individuales, dependiendo el grupo de
estudiantes, deben ser realizados en clases sincrónicas, esto se debe a que ya
sea por falta de tiempo o querer dar una solución próxima a las actividades, los
estudiantes los realicen en grupos, lo que generaría una falla al analizar el trabajo
en la cual no se denote que estudiantes realmente tienen las habilidades de
pensamiento inferencial y quienes no, ya que todo el trabajo fue realizado en
grupo, otra solución es la de realizar diferentes talleres y suministrar uno
diferente a cada estudiante del grupo, pero si existe una colaboración en ayuda
de los mismos compañeros del grupo o inclusive de otros compañeros de
diferentes grupos, nuevamente se vuelve confuso o erróneo determinar el
avance individual de cada estudiante (Monterrey, 1999).
Se puede finalizar el proceso con una última pregunta problema, con la finalidad
de determinar si los estudiantes además de adquirir las habilidades de
pensamiento inferencial global obtienen de forma eficiente los conocimientos de
los temas instruidos durante el proceso de la enseñanza por resolución de
54
problemas, el cual debe ser un problema totalmente diferente pero que se pueda
solucionar a partir de los conocimientos suministrados a los estudiantes
(Monterrey, 1999).
55
10. BIBLIOGRAFÍA
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http://www.bdigital.unal.edu.co/7967/4/luisoctaviogonzalezsalcedo.20121
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Solanov O. R., Vargas M. F., & Watson R. G., (2010). Biodigestores:
factores químicos, físicos y biológicos relacionados con su productividad.
Tecnología en Marcha, 39-46.
57
ANEXOS
Anexo 1 Secuencia didáctica
En el siguiente anexo se muestra la secuencia didáctica, exponiendo las
actividades realizadas las cuales fueron sincrónicas o asincrónicas, donde su
temática principal se basa en los conceptos básicos de elementos orgánicos
alifáticos y sus diversas reacciones, teniendo un enfoque siempre en el
fortalecimiento de las habilidades inferenciales, de esta forma se muestra cómo
se realizó el trabajo de grado titulado: DESARROLLO DE HABILIDADES DE
PENSAMIENTO INFERENCIAL, MEDIADA POR UNA SECUENCIA
DIDÁCTICA RELACIONADA CON EL PROCESO DE BIODIGESTIÓN.
Este trabajo fue diseñado para un grupo de estudiantes universitarios que se
encuentran finalizando sus procesos académicos, los cuales están cursando una
catedra en énfasis disciplinar II en la Universidad Pedagógica Nacional, teniendo
en cuenta que los estudiantes ya cursaron dos cátedras de química orgánica al
paso de regular del cuarto o quinto semestre respectivamente, por lo que el
trabajo se enfoca más en la obtención de las habilidades de pensamiento de
inferencia global sobre teorías de la materia en sí de química orgánica.
Las actividades fueron diseñadas para que los estudiantes fortalezcan sus
habilidades de pensamiento inferencial a partir de problemas que desarrollen su
pensamiento crítico, tomando temas y conocimientos en la química orgánica
donde se evalúa principalmente los argumentos de sus respuestas, y las
comparaciones que realizan en sus soluciones frente a un nuevo tema de estudio
que el cuales las reacciones presentes dentro de un biodigestor.
Para la implementación de la secuencia didáctica se implementó la enseñanza
por aprendizaje basado en problemas ABP, donde se tuvo en cuente los
parámetros formulados por (Monterrey, 1999) junto con los estudios y
conclusiones realizados en ellos de (Fallas & Garcia, 2001), (Calvo, Hernando,
& Fernando, Universidad Javeriana, 2018), (Escalona L. A., 2019), entre otros,
para que de esta manera se realizaran las respetivas actividades con las
finalidad propuesta en el presente trabajo.
Por lo tanto se realizaron dos clases sincrónicas con los estudiantes, con una de
refuerzo para los grupos que lo necesitaban, junto con las actividades a realizar
asincrónicas, dando dos en grupos y una individual, para el desarrollo de las
actividades no se les plantea la finalidad del trabajo, esto se debe que
inconscientemente tendrán breves respuestas de lo que realmente se busca y
por ende realizaran el trabajo en torno a su finalidad, por lo tanto se disfraza en
temáticas de la química orgánica para que los estudiantes demuestren sus
habilidades cognitivas de una forma natural.
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Actividad Tiempo Tipo de clase Indicadores Finalidad de la actividad
presentación Producción de energía a partir de desechos orgánicos
1 hora sincrónica Identifica las cuatro diferentes fases que se producen dentro del biodigestor. Reconocer la finalidad de cada fase que se lleva dentro del biodigestor.
Dar a conocer diferentes procesos bioquímicos que funcionan para obtener un compuesto de interés, a partir de una presentación.
Formulación de hipótesis
1 hora asincrónica Analiza una posible solución a un problema planteado, con informaciones obtenida previamente.
Mirar que habilidades de pensamiento inferencial tales como la inferencia y la comparativa poseen los estudiantes al encontrarse con un problema no cotidiano, planteando una hipótesis de como los solucionarían desde los conocimientos que poseen.
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Actividad Tiempo Tipo de clase Indicadores Finalidad de la actividad
Refuerzo químico orgánica grupos C, H, O.
1 hora sincrónica Identifica las diferencias entre grupos funcionales y su jerarquía al determinar su nomenclatura para así mismo aplicarla. Identificar las diferentes reacciones orgánicas que se efectúan
Reconocer los diferentes grupos funcionales, nombrando moléculas según la IUPAC. Reconocer diferentes reacciones orgánicas.
Taller reconociendo el error
1 hora asincrónica individual
Potencializar las habilidades de pensamiento inferencial: de inferencia, comparación descripción y explicación a partir del pensamiento critico
Determinar individualmente que estudiantes tienen las habilidades de pensamiento inferencial, a partir de argumentos planteados, para así mismos potencializar a partir de respuestas lógicas que dan con sus propios conocimientos.
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Actividad Tiempo Tipo de clase Indicadores Finalidad de la actividad
Refuerzo 1 hora sincrónica Reconocer: que estudiantes
tiene dificultades analizando los problemas suministrados. Potencializar sus habilidades de pensamiento critico
Potencializar sus habilidades de pensamiento inferencial corrigiendo errores que cometieron durante el taller argumentando las falencias
solución pregunta problema
1 hora asincrónica Analiza la información y conocimientos obtenidos, para resolver problemas desde otro enfoque.
Identificar si se adquieren las habilidades de pensamiento inferencial: de inferencia, comparación descripción y explicación a partir de un proceso planteado dando una solución coherente
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Anexo 2 Actividades realizadas
INTRUMENTO #1
Pregunta Problema
Universidad Pedagógica Nacional
Departamento de Ciencia y Tecnología
Descomposición de una macromolécula
Ya visto en el biodigestor los procesos enzimáticos que realizan los microorganismos, que
utilizan para romper diferentes cadenas orgánicas y formar metano que es el gas de interés de
bajo peso molecular.
Se le ha pedido a su grupo como analistas de laboratorio que analicen la siguiente molécula,
para que realicen una ruta de reacciones sintéticas para obtener como resultados moléculas de
bajo peso molecular no mayores a 6 carbonos de solo grupos alcano.
1. ¿Qué reacciones realizaría usted en un laboratorio para reducir la molécula en metano, etano, propano, butano, pentano y hexano?
A. Realice en su grupo de trabajo una breve hipótesis de cómo cree que sería un paso a paso para descomponer la molécula en un laboratorio, teniendo en cuenta los
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procesos del biodigestor en el cual este es bioquímico y el que ustedes realizarían es netamente químico.
B. Realice la secuencia de reacciones dando el paso a paso de reactivos y productos en cada paso y en cada nueva reacción que realice.
2. Que grupos funcionales ve en cada molécula del proceso
3. Nombre de la molécula
4. Realice un cuadro comparativo entre su ruta de reacciones y el proceso enzimático que realizaron los microorganismos
Hipótesis:
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Universidad Pedagógica Nacional
Departamento de Ciencia y Tecnología
Descomposición de una macromolécula
Ya visto en el biodigestor los procesos enzimáticos que realizan los microorganismos, que
utilizan para romper diferentes cadenas orgánicas y formar metano que es el gas de interés de
bajo peso molecular.
Se le ha pedido a su grupo como analistas de laboratorio que analicen la siguiente molécula,
para que realicen una ruta de reacciones sintéticas para obtener como resultados moléculas de
bajo peso molecular no mayores a 6 carbonos de solo grupos alcano.
5. ¿Qué reacciones realizaría usted en un laboratorio para reducir la molécula en metano, etano, propano, butano, pentano y hexano?
C. Realice en su grupo de trabajo una breve hipótesis de cómo cree que sería un paso a paso para descomponer la molécula en un laboratorio, teniendo en cuenta los procesos del biodigestor en el cual este es bioquímico y el que ustedes realizarían es netamente químico.
D. Realice la secuencia de reacciones dando el paso a paso de reactivos y productos en cada paso y en cada nueva reacción que realice.
6. Que grupos funcionales ve en cada molécula del proceso
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7. Nombre de la molécula
8. Realice un cuadro comparativo entre su ruta de reacciones y el proceso enzimático que realizaron los microorganismos
Hipótesis:
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Universidad Pedagógica Nacional
Departamento de Ciencia y Tecnología
Descomposición de una macromolécula
Ya visto en el biodigestor los procesos enzimáticos que realizan los microorganismos, que
utilizan para romper diferentes cadenas orgánicas y formar metano que es el gas de interés de
bajo peso molecular.
Se le ha pedido a su grupo como analistas de laboratorio que analicen la siguiente molécula,
para que realicen una ruta de reacciones sintéticas para obtener como resultados moléculas de
bajo peso molecular no mayores a 6 carbonos de solo grupos alcano.
1. ¿Qué reacciones realizaría usted en un laboratorio para reducir la molécula en metano, etano, propano, butano, pentano y hexano?
A. Realice en su grupo de trabajo una breve hipótesis de cómo cree que sería un paso a paso para descomponer la molécula en un laboratorio, teniendo en cuenta los procesos del biodigestor en el cual este es bioquímico y el que ustedes realizarían es netamente químico.
B. Realice la secuencia de reacciones dando el paso a paso de reactivos y productos en cada paso y en cada nueva reacción que realice.
2. Que grupos funcionales ve en cada molécula del proceso
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3. Nombre de la molécula
4. Realice un cuadro comparativo entre su ruta de reacciones y el proceso enzimático que realizaron los microorganismos
Hipótesis:
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Universidad Pedagógica Nacional
Departamento de Ciencia y Tecnología
Descomposición de una macromolécula
Ya visto en el biodigestor los procesos enzimáticos que realizan los microorganismos, que
utilizan para romper diferentes cadenas orgánicas y formar metano que es el gas de interés de
bajo peso molecular.
Se le ha pedido a su grupo como analistas de laboratorio que analicen la siguiente molécula,
para que realicen una ruta de reacciones sintéticas para obtener como resultados moléculas de
bajo peso molecular no mayores a 6 carbonos de solo grupos alcano.
1. ¿Qué reacciones realizaría usted en un laboratorio para reducir la molécula en metano, etano, propano, butano, pentano y hexano?
A. Realice en su grupo de trabajo una breve hipótesis de cómo cree que sería un paso a paso para descomponer la molécula en un laboratorio, teniendo en cuenta los procesos del biodigestor en el cual este es bioquímico y el que ustedes realizarían es netamente químico.
B. Realice la secuencia de reacciones dando el paso a paso de reactivos y productos en cada paso y en cada nueva reacción que realice.
2. Que grupos funcionales ve en cada molécula del proceso
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3. Nombre de la molécula
4. Realice un cuadro comparativo entre su ruta de reacciones y el proceso enzimático que realizaron los microorganismos
Hipótesis:
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Universidad Pedagógica Nacional
Departamento de Ciencia y Tecnología
Descomposición de una macromolécula
Ya visto en el biodigestor los procesos enzimáticos que realizan los microorganismos, que
utilizan para romper diferentes cadenas orgánicas y formar metano que es el gas de interés de
bajo peso molecular.
Se le ha pedido a su grupo como analistas de laboratorio que analicen la siguiente molécula,
para que realicen una ruta de reacciones sintéticas para obtener como resultados moléculas de
bajo peso molecular no mayores a 6 carbonos de solo grupos alcano.
1. ¿Qué reacciones realizaría usted en un laboratorio para reducir la molécula en metano, etano, propano, butano, pentano y hexano?
A. Realice en su grupo de trabajo una breve hipótesis de cómo cree que sería un paso a paso para descomponer la molécula en un laboratorio, teniendo en cuenta los procesos del biodigestor en el cual este es bioquímico y el que ustedes realizarían es netamente químico.
B. Realice la secuencia de reacciones dando el paso a paso de reactivos y productos en cada paso y en cada nueva reacción que realice.
2. Que grupos funcionales ve en cada molécula del proceso
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3. Nombre de la molécula
4. Realice un cuadro comparativo entre su ruta de reacciones y el proceso enzimático que realizaron los microorganismos
Hipótesis:
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Universidad Pedagógica Nacional
Departamento de Ciencia y Tecnología
Descomposición de una macromolécula
Ya visto en el biodigestor los procesos enzimáticos que realizan los microorganismos, que
utilizan para romper diferentes cadenas orgánicas y formar metano que es el gas de interés de
bajo peso molecular.
Se le ha pedido a su grupo como analistas de laboratorio que analicen la siguiente molécula,
para que realicen una ruta de reacciones sintéticas para obtener como resultados moléculas de
bajo peso molecular no mayores a 6 carbonos de solo grupos alcano.
1. ¿Qué reacciones realizaría usted en un laboratorio para reducir la molécula en metano, etano, propano, butano, pentano y hexano?
A. Realice en su grupo de trabajo una breve hipótesis de cómo cree que sería un paso a paso para descomponer la molécula en un laboratorio, teniendo en cuenta los procesos del biodigestor en el cual este es bioquímico y el que ustedes realizarían es netamente químico.
B. Realice la secuencia de reacciones dando el paso a paso de reactivos y productos en cada paso y en cada nueva reacción que realice.
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2. Que grupos funcionales ve en cada molécula del proceso
3. Nombre de la molécula
4. Realice un cuadro comparativo entre su ruta de reacciones y el proceso enzimático que realizaron los microorganismos
Hipótesis:
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INSTRUMENTO #2
Taller reconocimiento de errores
Universidad Pedagógica Nacional
Formación de estructuras orgánicas por su nombre (alcanos alquenos y
alquinos)
1. Dibuje la estructura de cada molécula que se nombra 2. Cada estructura tiene un error el cual se debe corregir, encuéntrelo
y argumente el por qué es un error. 3. Finalmente, corrija la nomenclatura correspondientemente
eliminando el error
• 6-isopropil-3.5-dimetil-8-butilnonano
• 2,2,3,6,7-pentametiloct-2-eno
• 1-cloro-4-bromo-3,5-isopropilhexano
• 5-etil-3-isopropil-2,8-dimetilhexano
• 4-metil-5,3-heptano
• 2,2-dimetil-dec-3,5,7-ino-9-eno
• 3-isopropilhexa-2-ino
• 1-sec-butil-6-etil-3,6-dimetil-1,2-ciclohexadien-4-ino
Formación de estructuras orgánicas por su nombre
4. En cada párrafo existe una afirmación verdadera la cual se debe subrayar de verde y una falsa que se debe subrayar de rojo
5. Explique por qué subrayo la parte roja
• Un alcohol cuaternario tiene mayor prioridad que un doble enlace al nombrarse la molécula orgánica
• ¿Cómo se nombraría una cetona que se encuentra al final de una cadena carbonada? Teniendo en cuenta que ellas tienen prioridad sobre los grupos alcoholes
• Como nombraría un ácido carboxílico que se encuentra en medio de una cadena carbonada, dado que los ácidos carboxilos tienen la prioridad sobre todos los grupos funcionales.
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Anexo 3 material de apoyo
INSTRUMENTO #1
Información de llenado y procesos de un biodigestor
BIODIGESTOR
Fundamento para el diseño de un biodigestor
Para el diseño de un biodigestor es importante comprender que este se puede
alimentar de diferentes materias orgánicas que cumpla con un ciclo bioquímico,
en donde se puede encontrar la madera, desechos agrícolas, estiércol animal
entre otros, de esta manera la biomasa se puede clasificar en dos formas,
naturales y residuales donde las naturales se refiere a lo que se produce en la
naturaleza específicamente con las plantas y hongos, en estos podemos
encontrar; hojas y pétalos de planas perdidos, matorrales, hierbazales, plantas
muertas etc. Mientras que los residuales se refieren a las actividades agrícolas,
ganaderas y forestales, como el estiércol de diferentes especies animales.
Además, existen plantaciones creadas netamente para el uso de combustibles,
como la caña de azúcar, el maíz, especies de palmas, siendo estos los más
utilizados, los cuales son denominados plantaciones energéticas (Arboleda &
Gonzales, 2009).
Volumen de masa
Para la alimentación correcta de un biodigestor, se debe tener en cuenta la
cantidad de biomasa que debe ser disuelta antes de ser introducida, en la que
se observaran 2 parámetros: uno que no esté altamente diluida para que los
microorganismos que van actuar en ella tengan los nutrientes necesarios para
sus procesos, así mismo que no tenga solidos suspendidos de gran tamaño
siendo estos menores a 1cm3, lo cual les permitirá utilizar toda la biomasa a los
microorganismo actuando sobre la superficie de la biomasa, si los sólidos llegan
a tener un tamaño muy grande los microrganismos no podrán consumirlo toda la
biomasa por la dificultad de llegar a lo más profundo de dicho sólido, por lo cual
se recomienda un parámetro de 1:1 o 1:2 en la preparación de la biomasa
residual, y de 1:3 a 1:4 para residuo natural (Arboleda & Gonzales, 2009)
Temperatura
Otros parámetros para determinar antes de iniciar el proceso dentro del
biodigestor son la temperatura y la cantidad de biomasa a utilizar, en la cual una
gran cantidad de masa producirá una mayor cantidad de biogás, al igual que
necesitara una mayor cantidad de tiempo, luego tenemos la variable de la
temperatura que al igual que la biomasa es directamente proporcional, donde a
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mayor temperatura más eficiente será el proceso, pero en esta variable es
necesario tener un control, dado que si las temperaturas llegan hacer más altas
de los 90oC las bacterias presentes pueden llegar a morir (Carrillo, 2003), por
consecuente llegaría a evitar el proceso de obtención del biogás al exponerse a
temperaturas más elevadas, donde se ha experimentado una mayor eficiencia a
los 70oC según (Herrero, 2008) en la tabla numero 1 ponemos observar los días
que demora la fermentación a una temperatura especifica.
Tabla 1.
Tiempo de reacción según la temperatura
Regiones características
Temperatura oC
Tiempo en días
Trópico 30 20 Valle 20 30 Altiplano 10 60
Fuente adaptada de (Solanov, Vargas, & Watson, 2010)
Nota: Para tener referencia a las variedades de climas que están en las
diferentes regiones comparado con el tiempo necesario para la mejor obtención
de biogás.
Microorganismos
La siguiente parte para analizar son los microorganismo que actúa en la
biomasa, centrándonos principalmente en las bacterias metanogénicas, las
cuales se encuentran en estiércol fresco que consumen, y a través de varios
procesos bioquímicos producen metano (CH4) y otros gases como desecho, para
que esta reacción sea más eficiente en el proceso de obtener metano se debe
realizar en medio anaeróbico con materia altamente biodegradable, para que de
esta forma se logre obtener 0.5 m3 de gas por Kg de masa, el cual da como
resultado 70% de metano (Arboleda & Gonzales, 2009), los otros gases
generados son dióxido de carbono, hidrogeno molecular y sulfuro de hidrogeno.
Relación (C/N)
Cabe resaltar que es necesario tener en cuenta otros tipos de nutrientes, que las
bacterias necesitan para realizar de mejor forma su trabajo, siendo estos
fosfatos, minerales y azufre que se encuentran presenten en pequeñas
cantidades al igual que es poco su uso en los microorganismos, pero si se debe
resaltar es la relación que se tiene carbono nitrógeno (C/N), donde una cantidad
muy alta de nitrógeno en la biomasa no alcanza a ser sintetizada por sus altas
cantidades dando como producto amoniaco (NH3) en exceso, lo cual afectara a
las bacterias metanogénicas desactivándolas o matándolas, al igual si las
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cantidades de nitrógeno son muy bajas, se da una disminución en reproducción
de los microorganismos reduciendo el desempeño de la producción del biogás
(Solanov, Vargas, & Watson, 2010), de esta manera se ha determinado que una
selección 10:1 es una relación alta de nitrógeno, lo cual anteriormente expuesto
genera el error de producción alta de amoniaco, una relación 40:1 es muy poca
en términos de absorción de nutrientes microbianos, el cual da bajo rendimiento
a la reproducción microbiana y por tanto baja producción de biogás, por lo tanto
se ha estipula que los valores más favorecidos se encuentran entre 20:1 y 30:1
(Fregoso, Ferrera-Cerrato, Barra, Santos, & Gómez, 2001) a continuación
podemos ver algunos ejemplos en la tabla número 2.
Tabla 2.
Relación C/N de varios productos residuales
Sustancia
Relación C/N
Estiércol equino 25 Estiércol vacuno 18 Alfalfa 16-20 Algas marinas 19 Aserrín 511 Basura 25 Cascaras de papa 25 Paja seca de trigo 87 Paja seca de arroz 67 Tallo de maíz 53 Hojas secas 41 Estiércol de aves 32 Pasto 27 Estiércol bovino 29 Estiércol de cerdo 13 Heces frescas humanas
2.9
Orina 0.8
Fuente adaptada de (Arboleda & Gonzales, 2009)
Nota: Para tener referencia de los mejores residuos para implementar una mejor
fermentación anaeróbica.
pH
También es necesario resaltar que se debe tener un control adecuado en el pH,
dado que este afecta el equilibrio en el sistema anaeróbico, donde las bacterias
metanogénicas trabajan mejor en pH neutros entre 6 a 8 donde su mayor
eficiencia es entre 7 y 7.2 (Arboleda & Gonzales, 2009), pese a que estas
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bacterias se pueden adaptar a pH más ácidos esto lograría promover un
aumento de amoniaco dependiendo también de la cantidad de nitrógeno en la
biomasa, y a pH más alcalinos se pueden producir cetonas o aldehídos que no
permitan la producción de metano, como concejo en la parte de un pH acido se
puede adicionar carbonatos o bicarbonatos de sodio o potasio para alcalinizar la
biomasa, y en caso de ser un pH más básico se pueden agregar cascaras de
frutas cítricas como naranja o limón (Rincon & Villarreal, 2016) viendo que
efectos causa el pH en la tabla número 3.
Tabla 3.
Comportamiento de la carga de fermentación dentro del biodigestor de acuerdo
con los valores de pH
pH Comportamiento
7-7.2 Óptimo 6.2 Retarda la acidificación 7.6 Retarda la
armonización
Fuente adaptada de (Arboleda & Gonzales, 2009)
Nota: Valores para adaptar un mejor pH para una mejor producción a partir de
las recomendaciones establecidas.
Procesos de los microorganismos dentro del biodigestor
Teniendo los parámetros establecidos de la biomasa correctamente se inicia la
fermentación anaeróbica, que como su nombre lo dice se realiza en ausencia de
oxígeno, en el proceso se efectúa varias reacciones bioquímicas donde
diferentes microorganismos casi simultáneamente inician sus procesos, unos
compuestos en presencia de oxígeno inician reaccionando con ayuda de las
enzimas de algunas bacterias producen dióxido de carbono, posteriormente se
realiza una reducción para obtener el metano y otros gases como subproductos
además de Biol conocido en su mayoría como biobanco (Moreno, 2011).
Para que el procedimiento se lleve a cabo las bacterias deben pasar por 4 fases
dentro del biodigestor anaeróbicamente como se detallan la imagen número 1
las cuales son:
Fase I: Hidrólisis. Inicia el proceso en un medio anaeróbico, donde los
primeros microorganismos estrictos y facultativos también conocidos como
hidrolíticos, por medio de enzimas extracelulares llamadas exoenzimas,
hidrolizan las macromoléculas orgánicas presentes en la biomasa tales como:
celulosa, proteínas y lípidos cambiando su composición en azúcares,
aminoácidos y grasas para volverlas solubles, de esta manera puedan traspasar
la membrana celular (Garcia, Rivas, & Cruz, 2010).
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Las bacterias hidrolíticas no se demoran el mismo tiempo en procesar cada una
de las macromoléculas, esto varia por las propiedades químicas de cada una,
para realizar este proceso toman el oxígeno que está dentro del biodigestor con
el cual realizan oxidaciones débiles rompiendo enlaces covalentes (Garcia,
Rivas, & Cruz, 2010), en las primeras horas fácilmente desdobla la celulosa en
sus azucares correspondientes, pero las proteínas y lípidos demoran días.
Las proteínas no solo son hidrolizadas, también las usan las bacterias tanto para
realizar sus funcione como para su reproducción, por esto toman las proteínas
para hidrolizar y para obtener energía, la enzima proteolítica llamada proteasas
son las encargadas de hidrolizar las proteínas separándolas en aminoácidos y
péptidos, los péptidos vuelven hacer hidrolizados para solo tener aminoácidos,
algunos siguen el proceso y otros son consumidos por las bacterias (Moreno,
2011)
En el caso de los lípidos, al ser hidrolizados se fraccionan en varias partes su
cadena carbonada, las enzimas que realizan este proceso se llaman lipasas, las
cuales dan como resultados ácidos grasos de cadenas carbonadas y glicerol.
(Moreno, 2011)
Como se informó anteriormente que en esta parte cuenta muchos los cambios
de temperatura, pH, la cantidad y tamaño de materia, siendo el área donde las
enzimas de los microorganismos realizaran la ruptura de diferentes enlaces por
hidrolisis, para la eficiencia de estas primeras reacciones es necesario tener los
sólidos menos posibles o de menor tamaño, por lo cual si se tiene un mal manejo
de dichas variables pueden inactivar o incluso matar a los microorganismos.
(Herrero, 2008)
Fase II: Fermentación o acidogénesis. Ya obtenido las moléculas
solubles, las siguientes reacciones que efectúan la realizan las bacterias
facultativas y anaeróbicas obligadas, las cuales también son llamadas bacterias
formadoras de ácidos, dichas bacterias transforman la materia soluble en ácidos
orgánicos entre 1 y 5 carbonos, como lo son: acético, fórmico, propanoico,
butánico y pentanoico, e incluso se da la formación de hidrógeno molecular,
donde una cantidad elevada determina productos como el acetato o el propano-
ato (Garcia, Rivas, & Cruz, 2010)
También se producen otras moléculas más reducidas como: valérico, propiónico,
láctico entre otros, los cuales serán oxidados en la siguiente fase, esto con el fin
que las bacterias metanogénicas inicien su proceso, además las bacterias
formadoras de ácidos eliminan todo el oxígeno restante dentro del biodigestor.
(Moreno, 2011)
Un parámetro que se denota en esta parte del proceso es la disminución del pH
inicial, por la producción de compuestos ácidos, los cuales se forman a la par
con la fase I con reacciones de microorganismos que toman compuestos más
fáciles a descomponer donde no necesitan pasar por una hidrolisis previa, debido
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a estas reacciones se producen otros 2 gases: el dióxido de carbono (CO2) y el
hidruro de azufre (H2S) lo que lleva a la consecuencia de tener un pH entre 5.1
y 6.8 (Arboleda & Gonzales, 2009)
Fase III: Acetogénica. En esta fase los microorganismos denominados
bacterias acetogénicas, toman las moléculas que las bacterias metanogenicas
no pueden sintetizar, las cuales fueron producidas en la fase dos tales como:
etanol, ácidos grasos, y compuestos aromáticos transformándolas en
compuestos más simples como acetato e hidrogeno molecular, esos proceso se
dan por reacciones espontaneas donde no le afectan las presiones del
hidrógeno, cuando el hidrógeno se encuentra en bajas concentraciones, las
bacterias acetogenicas producen acetato y dióxido de carbono (Moreno, 2011).
Además, se han encontrado una nueva especie de bacterias denominadas
homoacetogenicas, siendo aislados principalmente Acetobacterium woodii y
Clostridium aceticum, tomando todo compuesto mono carbonado junto con
hidrógeno molecular para la producción exclusiva de acetato, esto permite tener
bajas presiones en un sistema anaeróbico.
En este momento se han adquirido todas las moléculas base de fácil
sinterización para las bacterias metanogénicas, con bajas presencias de hidruro
de azufre y amoniaco, los microorganismos ya han extraído todos los minerales
de la biomasa y dejando todos los sustratos ácidos volátiles para la fase final.
(Garcia, Rivas, & Cruz, 2010).
Fase IV: Metanogénesis. Finalmente, las bacterias metanogénicas actúan
sobre todos los productos de las fases anteriores, completando el proceso de
descomposición anaeróbica, donde toman los ácidos carboxílicos y junto con el
hidrógeno gaseoso forman las moléculas de metano, donde el 70% del metano
producido en el biodigestor es resultado de la descarboxilación de ácido acético,
además de tomar otras sustancias mono carbonadas tales como el dióxido de
carbono y carbonatos producidos como subproductos de la interacción del
dióxido de carbono con el agua presente tal como podemos ver en la tabla
numero 4 (Moreno, 2011)
80
Figura 1. Esquema de reacciones de la digestión anaeróbica
Fuente de (Moreno, 2011)
Tabla 4.
Composiciones químicas del biogás
Componentes Composición aproximada %
Metano CH4 60-70
Dióxido de carbono CO2 30-40
Hidrógeno H2 1
Nitrógeno N2 0,5
Monóxido de carbono CO2 0,1
Oxígeno O2 0,1
Hidruro de azufre H2S 0,1
Fuente adaptada de (Arboleda & Gonzales, 2009)
Nota: Valores numéricos aproximado de los gases producidos dentro del biogás.
Biol
81
Terminando el proceso de la biodigestión se obtiene además del gas un fango,
el cual pasa por un proceso de sedimentación o decantación, donde se
remueven todos los sólidos de él, obteniendo una fase liquida denominada Biol,
el cual suele ser el 90% como producto final de la biodigestión, este es un
nutriente rico en nutrientes para la tierra, dado que posee altas cantidades de
nitrógeno, fósforo, potasio, magnesio etc. Este funciona para el crecimiento de
raíces y frutos de las plantas, esto se debe a los productos hormonales vegetales
desechados por los microorganismos producidos por la fermentación
anaeróbica.
De esta forma el Biol producido puede funcionar como: mejor intercambio
catiónico en suelos ampliando la disponibilidad de nutrientes en la tierra, adecuar
microclimas en el suelo para la comodidad de la planta, fertilizante para plantas
en Sprite, erradica el uso de fertilizantes químicos dañinos para el medio
ambiente, el cual ayuda a tener la mismas o mejor producción agrícola (Garcia,
Rivas, & Cruz, 2010).
82
Anexo 4 Respuestas de los estudiantes
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
Anexo 5 material de trabajo paralelo en la producción de un prototipo de biodigestor
Marco metodológico
Propuesta del prototipo de biodigestor
A partir de la investigación por desarrollo es importante especificar que se
tomaran valores vistos en el marco conceptual por estudios y procesos anteriores
ya especificados como: la relación carbono nitrógeno, pH, porcentajes de los
gases obtenidos en la biodigestión, así mismo como las capacidades del equipo
a acoplar a la turbinas a gas, dado a que no se pueden realizar un control o una
medida especifica de estos valores dejándolos en la parte teórica literaria, se
realizara la parte experimentalmente a los valores del volumen de biogás
generado, donde se busca controlar el volumen de materia, el volumen de agua
para realizar la fermentación, una temperatura inicial, el volumen de sólidos en
la mezcla y las diferentes masas orgánicas a evaluar.
Teniendo en cuenta los anteriores equipos y las recomendaciones, lo primero
para observar es el lugar en el cual se va a efectuar el biodigestor, inicialmente
se busca un sitio con poca vegetación especificando zonas con pocos árboles o
arbustos de gran tamaño o altura, evitando el inconveniente de raíces, la
temperatura a la cual se encuentre el biodigestor en el medio, para aprovechar
el clima a favor que suelen ser un máximo de 22 a 25oC bajo tierra, además de
instalar en un lugar abierto en precaución de escapes de gases.
Planteamiento del biodigestor
El planteamiento del biodigestor depende de la cantidad de biomasa generada,
siendo directamente proporcional la biomasa al volumen del reactor del
biodigestor, donde esta empieza su trabajo en la recolección de la biomas
residual por ejemplo heces humanas, frutas y verduras en descomposición,
desechos de cocina, etc. teniendo en cuenta los datos promedio que un ser
humano defeca alrededor de 150g por día nos dará una totalidad de 4.5kg por
mes según (Parra, 2014), donde se debe llevar en un 1:1 según (Herrero, 2008)
lo cual nos dará un volumen dentro del reactor a 9L, así que la preparación diaria
debe ser de un gramo a un mililitro mezclándolo o llevándolo a un proceso previo
de molienda para no tener solidos disueltos, de esta forma tampoco se tendrán
los problemas de la aglomeración microbiana en un solo sector del biodigestor.
Llenado del biodigestor
Posteriormente la mezcla pasara por un tubo llegando al biodigestor, que de
acuerdo con el cálculo anterior para una persona el volumen mínimo debe ser
9L, por lo cual basándonos en (Arboleda & Gonzales, 2009) es preferible que el
biodigestor se llene tres cuartas partes de biomasa y una cuarta libre para evitar
daños por la presión adicional del gas generados en el biodigestor, de esta
manera se busca un volumen en el biodigestor de 11.5L, se debe realizar una
103
agitación una vez al día del sistema, evitando la aglomeración microbiana,
debido a las diferentes temperaturas y dado que no se tiene una manta de
calentamiento adecuada para el equipo, es preferible dejarlo bajo tierra, así se
evita la perdidas de temperatura en mayor escala.
Productos del biodigestor
Existen 2 salidas del biodigestor, una que va en la parte inferior la cual
dependiendo del lugar que se encuentra bajo tierra pueda existir una salida con
solo una válvula y ayuda de la gravedad para deshacérsete todo el Biol
generado, llevándolo a campos abiertos como fertilizante, pero si este se
encuentra en una zona imposible de sacar una tubería bajo de él, se debe
adecuar una bomba que realice el desplazamiento del Biol generado a la
superficie del reactor, según (Moreno, 2011) la masa liquida generada será el
90% de la suministrada como biomasa, la cual nos dará un residuo en forma de
Biol de 8,1L por persona, ahora veremos la salida superior por donde sale el
biogás donde según (Herrero, 2008) por cada 1,2 kg de materia fecal humana
se produce 1 m3 de biogás, de esta forma en teoría se forma 3,75 m3 por persona,
el cual será guardado debido que la totalidad del gas se produce dentro de un
mes del proceso de fermentación a una temperatura de 20oC según (Arboleda &
Gonzales, 2009).
Producción de energía
Por último el biogás será llevado a un equipo de micro turbinas de gas, el cual
toma el mínimo de gas de 8m3 (Hernandez & Gomez, 2012) pero según lo
indagado por (Arboleda & Gonzales, 2009) el metano producido está a un 70%,
y el equipo funciona con un 35%, de esta forma se alimenta con aire teniendo un
nuevo volumen de 7.5m3, con este parámetro es necesario un reajuste donde el
nuevo biodigestor no puede ser alimentado por una si no mínimo por 2 personas,
así mismo cambiaran todos los datos de producción mensual, en primer lugar
una entrada de heces fecales de 9kg que se llevan a 18L homogenizando la
mezcla, el nuevo volumen del reactor seria de 23L del cual saldrán 21L de Biol,
produciendo finalmente 7.5m3 que al alimentarse con aire antes de entrar al
equipo de micro turbinas sería un total de 15m3, lo cual produce entre 56.25 a
468.15kw, energía suficiente para el uso de 2 personas que según las empresas
de energía EPM un total mensual de 376kw (EPM, 2020) siendo lo anterior los
cálculos establecidos planteando todo desde una parte teórica.
Experimentación
Se tomarán 3 envases de plástico de 2L, por lo que el máximo de materia
orgánica debe ser 783g y a un volumen máximo de 1,567L, para evitar
inconvenientes y trabajar un valor más preciso se utilizaran 250g de materia
orgánica natural aparentemente sin hongos y 500g de materia orgánica residual,
el cual pasara primero a un proceso de molienda, para reducir al máximo el
tamaño de partícula que se llevara a un litro con agua previamente calentada a
104
30oC y 50oC por aparte, se procederá a enterrar bajo tierra por un mes para evitar
pérdidas de energía en mayor escala, el envase es su parte superior tendrá una
salida con una manguera sellando toda entrada de aire, la manguera
desembocara en una trampa de agua, en la cual el volumen que se desplaza por
el gas será la medida a tomar determinando la eficiencia de dicho proceso,
finalmente se realizaran los cálculos correspondientes vistos analizados desde
las indagaciones anteriores ya escritas en el documento.
Procedimientos
En el primer mes de la prueba se empleará 3 fermentaciones, se tendrá una
masa de 200g en cascaras de frutas, tubérculos y otros desperdicios de cocina
en un primer fermentador casero, en el segundo de frutas y verduras en
descomposición y el tercero con 235g heces fecales, se pasarán a un proceso
de moliendo para eliminar la mayor parte sólida y tener un mejor mezcla
homogénea de un litro en cada uno de los fermentadores a una temperatura
inicial de 30oC tomados con un termómetro, se determinó cambiar los valores de
las mezclas iniciales dado que en el caso de los residuos naturales la contextura
de la mezcla era altamente viscosa, mientras que la mezcla de residual no
modernizaba mostrando solidos suspendidos en ella, posteriormente fueron
enterrados dejando la bocada de la botella afuera, la cual será sellada con la
tapa evitando la entrada de aire y solo saldrá la manguera de la parte superior
que llega a la trampa de agua, diariamente se sacaran las botellas y se agitaran
levemente de 2 a 3 minutos, luego se volverán a enterrar, se realizara un control
diario del desplazamiento de agua provocado por el gas durante un mes, luego
se lavarán y se secan las botellas para reproducir el mismo proceso con el
cambio de temperatura a 50oC.
Resultados de los biodigestores
En las siguientes tablas se puede observar los resultados obtenidos de los 30
días de cada biodigestor, en la tabla número 1 se observan los resultados donde
primer biodigestor fue llenado con residuos de cascaras de frutas y tubérculos
en el segundo con residuos vegetales en descomposición y en el tercero con
heces fecales todos a una temperatura inicial de 30oC.
Tabla 1.
Resultados de los biodigestores a una temperatura inicial de 30oC
Dia Primero Segundo Tercero
0 0 0 0
1 0,7 1,1 1,8
2 1,2 1,9 3,5
3 1,8 2,9 5,1
105
4 2,3 3,7 5,7
5 3 4,4 7,2
6 3,7 4,7 7,5
7 4,2 5 8,3
8 4,5 5,4 9,6
9 5,1 5,7 10,4
10 5,6 5,9 11,1
11 5,8 6 11,7
12 5,8 6,1 12,3
13 6 6,4 12,8
14 6,1 6,7 13,4
15 6,1 7 14
16 6,1 7,2 14,4
17 6,2 7,2 15
18 6,2 7,4 15,6
19 6,2 7,4 15,8
20 6,2 7,5 16
21 6,2 7,5 16,2
22 6,3 7,5 16,3
23 6,3 7,5 16,6
24 6,3 7,6 16,8
25 6,3 7,6 17
26 6,3 7,6 17,3
27 6,3 7,6 17,3
28 6,3 7,6 17,4
29 6,4 7,6 17,4
30 6,4 7,7 17,5
Fuente propia
106
Nota: Valores obtenidos en los primeros 30 días de experimentación con los
biodigestores a 30oC.
Con la siguiente información se emplea la gráfica numero 1 donde se compara
la eficiencia de biodigestor en torno al volumen de gas producido en litros.
Grafica 1.
Resultados de los biodigestores a una temperatura inicial de 30oC Fuente propia
Nota: Valores obtenidos en los primeros 30 días de experimentación con los
biodigestores a 30oC.
En las siguientes tablas se puede observar los resultados obtenidos de los 30
días de cada biodigestor, en la tabla número 2 se observan los resultados donde
primer biodigestor fue llenado con residuos de cascaras de frutas y tubérculos
en el segundo con residuos vegetales en descomposición y en el tercero con
heces fecales todos a una temperatura inicial de 50oC.
Tabla 2.
Resultados de los biodigestores a una temperatura inicial de 50oC
Dia Primero Segundo Tercero
0 0 0 0
1 0,8 1,1 2,4
2 1,4 1,9 5,2
3 1,8 2,9 6,3
4 2,1 3,7 7,8
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0 5 10 15 20 25 30 35
Litr
os
de
gas
Dias
Biodigestion a 300C
Primero
Segundo
Tercero
107
5 2,4 4,4 8,3
6 3,7 4,7 9,4
7 4,6 5 10,3
8 5,2 5,4 11,7
9 5,9 6,6 12,5
10 6,2 6,7 13,3
11 6,5 7,3 13,9
12 6,6 7,8 14,4
13 6,8 7,9 14,9
14 7,1 7,9 15,4
15 7,1 8 15,8
16 7,1 8 16,6
17 7,2 8 17,2
18 7,2 8,1 17,3
19 7,3 8,1 17,3
20 7,3 8,1 17,3
21 7,4 8,1 17,4
22 7,4 8,2 17,4
23 7,4 8,2 17,5
24 7,5 8,2 17,5
25 7,5 8,2 17,6
26 7,6 8,2 17,7
27 7,6 8,2 17,7
28 7,7 8,2 17,7
29 7,7 8,2 17,8
30 7,7 8,2 17,8
Fuente propia
Nota: Valores obtenidos en los segundos 30 días de experimentación con los
biodigestores a 50oC.
108
Con la siguiente información se emplea la gráfica numero 2 donde se compara
la eficiencia de biodigestor en torno al volumen de gas producido en litros.
Grafica 2.
Resultados de los biodigestores a una temperatura inicial de 50oC
Fuente propia
Nota: Valores obtenidos en los segundos 30 días de experimentación con los
biodigestores a 50oC.
Toman el mejor volumen obtenido se realiza el siguiente calculo, tomando como
referencia que solo el 70% es metano y que el equipo solo necesita un 35% y lo
demás se llena con aire para su funcionalidad.
17.8𝐿 ∗1 𝑚3
1000𝐿∗
70%
100%∗
100%
35%= 0.0356𝑚3
Con los bajos resultados obtenidos con el biogás no se puede alimentar las
microturbinas a gas dado que estas necesitan como mínimo 8m3 y con los
cálculos correspondientes a la teoría se necesita un volumen mínimo de 2.8 m3,
por lo cual mínimo se necesitarían otras 224 personas para llegar al volumen
mínimo 468.15kw.
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0 5 10 15 20 25 30 35
Litr
os
de
gas
Dias
Biodigestion a 500C
Primero
Segundo
Tercero